Een internationale groep astronomen, onder leiding van een natuurkundige van de Universiteit van St. Andrews, heeft een alternatieve zwaartekrachttheorie nieuw leven ingeblazen.

Onder leiding van Dr. Indranil Banik van de School of Physics and Astronomy in St. Andrews, onthulde de studie een hoge voorspelde rotatiesnelheid van gas in een dwergstelsel in overeenstemming met de eerder ontkrachte theorie die bekend staat als Milgromian Dynamics (MOND).

Een eerdere studie van de rotatiesnelheid van gas in het dwergstelsel AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) vond dat het gas heel langzaam roteerde en beweerde dat de MOND-theorie dood was.

Dergelijke theorieën zijn essentieel om ons universum te begrijpen, omdat sterrenstelsels volgens de bekende fysica zo snel roteren dat ze uit elkaar zouden moeten vliegen. MOND, een controversieel alternatief voor de algemene relativiteitstheorie, het heersende door Einstein geïnspireerde begrip van het fenomeen zwaartekracht dat donkere materie vereist om sterrenstelsels bij elkaar te houden; heeft geen donkere materie nodig. Omdat donkere materie nooit is ontdekt ondanks tientallen jaren van zeer gevoelige zoektochten, zijn er verschillende theorieën naar voren gebracht om te verklaren wat sterrenstelsels bij elkaar houdt, en er woedt een debat over wat juist is. De zeer lage rotatiesnelheid die is gerapporteerd in de studie van Mancera Pina et al. komt niet overeen met de voorspellingen in een universum dat wordt beheerst door de algemene relativiteitstheorie met grote hoeveelheden donkere materie.

De groep van Dr. Banik stelt dat de hoge voorspelde rotatiesnelheid in de MOND-zwaartekrachttheorie consistent is met waarnemingen als de helling van de melkweg wordt overschat.

De rotatie van sterren en gas in verre sterrenstelsels kan niet direct worden gemeten. Alleen de component langs de zichtlijn is bekend uit nauwkeurige spectroscopische metingen. Als het melkwegstelsel bijna recht van voren wordt bekeken, zou het grotendeels in het vlak van de lucht draaien. Dit zou waarnemers kunnen misleiden door te denken dat de melkweg eigenlijk heel langzaam draait, waardoor ze de helling tussen schijf en hemelvliegtuigen zouden moeten overschatten. Deze helling werd geschat op basis van hoe elliptisch het sterrenstelsel eruitziet (zie afbeelding).

De nieuwe studie onderzocht dit cruciale probleem met behulp van gedetailleerde MOND-simulaties van een schijfstelsel vergelijkbaar met AGC 114905, gemaakt aan de Universiteit van Bonn door Srikanth Nagesh en op initiatief van Pavel Kroupa, professor aan de Universiteit van Bonn en Charles University in Praag. De simulaties laten zien dat het enigszins elliptisch kan lijken, zelfs wanneer het van voren wordt bekeken. Dit komt omdat sterren en gas in de melkweg zwaartekracht hebben en zichzelf in een enigszins niet-ronde vorm kunnen trekken. Een soortgelijk proces veroorzaakt de spiraalarmen in schijfstelsels, kenmerken die zo gewoon zijn dat ze vaak spiraalstelsels worden genoemd.

Als gevolg hiervan zou de melkweg een stuk dichterbij kunnen zijn dan de waarnemers dachten. Dit zou kunnen betekenen dat de melkweg veel sneller draait dan gemeld, waardoor de spanning met MOND wordt weggenomen.

Dr. Banik, hoofdauteur van de nieuwe studie, zei:"Onze simulaties laten zien dat de helling van AGC 114905 aanzienlijk minder zou kunnen zijn dan gerapporteerd, wat zou betekenen dat de melkweg veel sneller roteert dan mensen denken, in overeenstemming met de verwachtingen van MOND. "

Dr. Hongsheng Zhao, van de School of Physics and Astronomy aan de Universiteit van St. Andrews, zei:"De zeer lage gerapporteerde rotatiesnelheid van dit sterrenstelsel is niet consistent met zowel MOND als de standaardbenadering van donkere materie. Maar alleen MOND is in staat om deze schijnbare tegenstelling te omzeilen."

De nieuwe studie stelt ook dat het onwaarschijnlijk is dat een soortgelijk "nep-inclinatie"-effect zal optreden in de standaard benadering van donkere materie, omdat de melkweg wordt gedomineerd door de gladde halo van donkere materie. De sterren en het gas dragen weinig bij aan de zwaartekracht, dus de schijf is niet "zelf-zwaartekracht".

Dit betekent dat het er waarschijnlijk erg cirkelvormig uitziet als het face-on wordt bekeken, zoals wordt bevestigd door simulaties die zijn uitgevoerd door een andere groep (Sellwood &Sanders, 2022). Dientengevolge moet de waargenomen ellipticiteit het gevolg zijn van een aanzienlijke helling tussen de schijf en de luchtvlakken. De rotatiesnelheid zou dan erg klein zijn, wat impliceert dat de melkweg heel weinig donkere materie heeft. Het is in dit kader niet mogelijk dat een geïsoleerd dwergstelsel zo'n kleine hoeveelheid donkere materie zou hebben, gezien de hoeveelheid massa die het heeft in sterren en gas.

Pavel Kroupa, professor aan de Universiteit van Bonn en Charles University in Praag, zei over de bredere context van deze resultaten:"Hoewel MOND goed werkt in de tests die tot nu toe zijn uitgevoerd, veroorzaakt de standaardbenadering zeer ernstige problemen op alle schalen, variërend van dwergstelsels zoals AGC 114905 helemaal tot aan kosmologische schalen, zoals gevonden door veel onafhankelijke teams."

Het artikel "Overschatte hellingen van Milgromian disk galaxies:the case of the ultradiffuse galaxy AGC 114905" is gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society + Verder verkennen

Zwaartekrachttheorie gered van de dood