爭議性的另類引力理論因銀河系旋轉的新發現被而重獲新生

由聖安德魯斯大學物理和天文學學院的Indranil
Banik博士領導的研究揭示了一個矮星系中氣體預測中的的高旋轉速度,這與之前被推翻的理論即米爾格羅姆動力學(MOND)相一致。
早先對矮星系AGC
114905的氣體旋轉速度的研究(Mancera Pina等研究人員)發現氣體的旋轉速度非常緩慢,因此聲稱MOND理論已經破產。

這種理論對於理解我們的宇宙至關重要,因為根據已知的物理學,由於星系的旋轉速度非常快,它們在離心力的作用下應該飛散出去。MOND是廣義相對論的一個有爭議的替代方案,廣義相對論是普遍存在的由愛因斯坦啟發的對重力現象的理解。然而,廣義相對論的理論需要暗物質將星系固定在一起,而MOND則不需要暗物質。

由於儘管經過幾十年非常敏感的搜索,暗物質從未被探測到,所以人們提出了各種理論來替代解釋是什麼將星系固定在一起。關於哪種理論是正確的爭論很激烈。Mancera Pina等人的研究中報告的非常低的旋轉速度與廣義相對論所支配的具有大量暗物質的宇宙中的預測不一致。

Banik博士的研究小組認為,如果高估了星系的傾角,MOND引力理論中預測的高旋轉速度與觀測結果一致。

遠處星系中恆星和氣體的旋轉無法直接測量。只有沿視線的部分可以從精確的光譜測量中得知。如果星系幾乎是面對面地觀看,那麼它大部分會在天空的平面內旋轉。這可能會誤導觀察者,使他們認為星系實際上旋轉得很慢,這就需要他們高估盤面和天空平面之間的傾角。這個傾角是根據星系的橢圓度來估計的(見圖片)。

爭議性的另類引力理論因銀河系旋轉的新發現被而重獲新生

這項新的研究利用Srikanth Nagesh在波恩大學對一個類似於AGC 114905的圓盤星系進行詳細的MOND模擬,並在波恩大學和布拉格查爾斯大學教授Pavel Kroupa的指導下探討了這個關鍵問題。模擬結果顯示,即使在正面觀察時,它也會顯得有些橢圓。這是因為星系中的恆星和氣體具有引力,可以將自己拉成一個有點非圓形的形狀。一個類似的過程導致了盤狀星系中出現旋臂,這些特徵非常普遍,所以這些星系通常被稱為螺旋星系。

因此,該星系可能比觀察者想象的要接近”面朝大海”。這可能意味着該星系的旋轉速度比報告的要快得多,從而消除了與MOND的矛盾。

這項新研究的主要作者Banik博士說。”我們的模擬顯示,AGC 114905的傾角可能比報道的要小得多,這將意味着該星系實際上比人們想象的要快得多,與MOND的預期一致。”

聖安德魯斯大學物理和天文學學院的趙紅生博士說。”這個星系非常低的報告旋轉速度與MOND和有暗物質的標準方法都不一致。但只有MOND能夠繞過這個明顯的矛盾”。

研究還認為,在標準暗物質方法中不太可能出現類似的’假傾斜’效應,因為該星系是由光滑的暗物質光環主導的。恆星和氣體對引力的貢獻很小,所以圓盤沒有’自我引力’。

這意味着如果從正面看,它很可能看起來是非常圓的,這一點被另一個小組進行的模擬所證實(Sellwood & Sanders, 2022)。因此,觀察到的橢圓度必須是由於圓盤和天空平面之間的巨大傾斜造成的。然後,旋轉速度會非常小,這意味着該星系的暗物質非常少。考慮到一個孤立的矮星系在恆星和氣體中的質量有多大,在這個框架內不可能有這麼少的暗物質。

波恩大學和布拉格查爾斯大學的教授Pavel Kroupa在談到這些結果的更廣泛背景時說。”雖然MOND在迄今為止進行的測試中效果很好,但標準方法在從AGC 114905這樣的矮小星系一直到宇宙學尺度的所有尺度上都會造成非常嚴重的問題,許多獨立團隊都發現了這一點。”