De verdeling van normale materie bepaalt precies de zwaartekrachtversnelling in alle gangbare soorten sterrenstelsels, een team onder leiding van onderzoekers van Case Western Reserve University.

Het team heeft aangetoond dat deze radiale versnellingsrelatie bestaat in nabije elliptische sterrenstelsels met een hoge massa en sferoïdale sterrenstelsels met een lage massa. voortbouwend op de ontdekking vorig jaar van deze relatie in spiraalvormige en onregelmatige sterrenstelsels. Dit geeft een verdere ondersteuning dat de relatie neerkomt op een nieuwe natuurwet, zeggen de onderzoekers.

"Dit toont aan dat we echt een universele wet hebben voor galactische systemen, " zei Federico Lelli, voorheen een postdoctoraal astronomie aan de Case Western Reserve University en momenteel een fellow aan de European Southern Observatory.

"Dit is vergelijkbaar met de wet van Kepler voor planetaire systemen, die zich niets aantrekt van de specifieke eigenschappen van de planeet. Of de planeet nu rotsachtig is zoals de aarde of gasvormig zoals Jupiter, de wet is van toepassing, " zei Lelli, die dit onderzoek leidde.

In dit geval, de waargenomen versnelling hangt nauw samen met de zwaartekrachtversnelling van de zichtbare massa, ongeacht het type melkwegstelsel. Met andere woorden, als astronomen de verdeling van normale materie meten, ze kennen de rotatiecurve, en vice versa.

"Maar het is nog steeds onduidelijk wat deze relatie betekent en wat de fundamentele oorsprong ervan is, ' zei Lelli.

De studie is online gepubliceerd in Astrofysisch tijdschrift vandaag. Co-auteurs zijn Stacy McGaugh, voorzitter van de afdeling Sterrenkunde bij Case Western Reserve, Jacobus Schombert, astronomieprofessor aan de Universiteit van Oregon, en Marcel Pawlowski, voormalig postdoctoraal astronomie-onderzoeker bij Case Western Reserve en huidige Hubble-fellow aan de Universiteit van Californië, Irvine.

De onderzoekers ontdekten dat in 153 spiraalvormige en onregelmatige sterrenstelsels, 25 elliptische trainer en lenticulaire, en 62 dwerg sferoïden, de waargenomen versnelling correleert nauw met de zwaartekrachtversnelling verwacht van zichtbare massa.

Waargenomen afwijkingen van deze correlatie zijn niet gerelateerd aan een specifieke melkwegeigenschap, maar volledig willekeurig en consistent met meetfouten, het team gevonden.

De strakheid van deze relatie is moeilijk te begrijpen in termen van donkere materie zoals die momenteel wordt begrepen, aldus de onderzoekers.

Het daagt ook het huidige begrip van de vorming en evolutie van sterrenstelsels uit, waarin veel willekeurige processen zoals fusies en interacties van sterrenstelsels, in- en uitstroom van gas, stervorming en supernova's, tegelijkertijd voorkomen.

"Regelmatigheid moet op de een of andere manier voortkomen uit deze chaos, ' zei Lelli.

Om hun ontdekking te doen, onderzoekers combineerden verschillende tracers van de centripetale versnelling in verschillende soorten sterrenstelsels, waaruit ze 1-op-1 vergelijkingen maakten.

De kinematische tracers waren koud gas in spiraalvormige en onregelmatige sterrenstelsels, sterren of heet gas in elliptische en lenticulaire objecten, en individuele reuzensterren in dwergsferoïden.

Het onderzoek omvatte zogenaamde ultra-vage dwerg sferoïdale sterrenstelsels, maar vanwege hun gebrek aan licht - waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn - kunnen de onderzoekers geen duidelijke interpretatie geven van de radiale versnellingsrelatie hierin.

Hoe dan ook, het groeiende bewijs van de relatie, of natuurrecht, vereist nieuw denken over donkere materie en zwaartekracht, aldus de onderzoekers.

"Binnen het standaard paradigma van donkere materie, deze wet houdt in dat de zichtbare materie en de donkere materie in sterrenstelsels op lokaal niveau en onafhankelijk op globale eigenschappen nauw aan elkaar gekoppeld moeten zijn. Ze moeten van elkaar weten, "Lelli zei. "Binnen alternatieve modellen zoals gewijzigde zwaartekracht, deze wet vertegenwoordigt een belangrijke empirische beperking en kan theoretische fysici ertoe leiden een geschikte wiskundige uitbreiding van Einsteins algemene relativiteitstheorie te bouwen."

Het onderzoek van het team heeft zich tot nu toe gericht op sterrenstelsels in het nabije heelal. Lelli en zijn collega's zijn van plan om de relatie te testen in verder weg gelegen sterrenstelsels, slechts een paar miljard jaar na de oerknal. Ze hopen te weten te komen of hetzelfde verband geldt tijdens de levensduur van het heelal.