争议性的另类引力理论因银河系旋转的新发现被而重获新生

摘要:

由圣安德鲁斯大学物理和天文学学院的Indranil Banik博士领导的研究揭示了一个矮星系中气体预测中的的高旋转速度,这与之前被推翻的理论即米尔格罗姆动力学(MOND)相一致。早先对矮星系AGC 114905的气体旋转速度的研究(Mancera Pina等研究人员)发现气体的旋转速度非常缓慢,因此声称MOND理论已经破产。

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这种理论对于理解我们的宇宙至关重要,因为根据已知的物理学,由于星系的旋转速度非常快,它们在离心力的作用下应该飞散出去。MOND是广义相对论的一个有争议的替代方案,广义相对论是普遍存在的由爱因斯坦启发的对重力现象的理解。然而,广义相对论的理论需要暗物质将星系固定在一起,而MOND则不需要暗物质。

由于尽管经过几十年非常敏感的搜索,暗物质从未被探测到,所以人们提出了各种理论来替代解释是什么将星系固定在一起。关于哪种理论是正确的争论很激烈。Mancera Pina等人的研究中报告的非常低的旋转速度与广义相对论所支配的具有大量暗物质的宇宙中的预测不一致。

Banik博士的研究小组认为,如果高估了星系的倾角,MOND引力理论中预测的高旋转速度与观测结果一致。

远处星系中恒星和气体的旋转无法直接测量。只有沿视线的部分可以从精确的光谱测量中得知。如果星系几乎是面对面地观看,那么它大部分会在天空的平面内旋转。这可能会误导观察者,使他们认为星系实际上旋转得很慢,这就需要他们高估盘面和天空平面之间的倾角。这个倾角是根据星系的椭圆度来估计的(见图片)。

这项新的研究利用Srikanth Nagesh在波恩大学对一个类似于AGC 114905的圆盘星系进行详细的MOND模拟,并在波恩大学和布拉格查尔斯大学教授Pavel Kroupa的指导下探讨了这个关键问题。模拟结果显示,即使在正面观察时,它也会显得有些椭圆。这是因为星系中的恒星和气体具有引力,可以将自己拉成一个有点非圆形的形状。一个类似的过程导致了盘状星系中出现旋臂,这些特征非常普遍,所以这些星系通常被称为螺旋星系。

因此,该星系可能比观察者想象的要接近"面朝大海"。这可能意味着该星系的旋转速度比报告的要快得多,从而消除了与MOND的矛盾。

这项新研究的主要作者Banik博士说。"我们的模拟显示,AGC 114905的倾角可能比报道的要小得多,这将意味着该星系实际上比人们想象的要快得多,与MOND的预期一致。"

圣安德鲁斯大学物理和天文学学院的赵红生博士说。"这个星系非常低的报告旋转速度与MOND和有暗物质的标准方法都不一致。但只有MOND能够绕过这个明显的矛盾"。

研究还认为,在标准暗物质方法中不太可能出现类似的'假倾斜'效应,因为该星系是由光滑的暗物质光环主导的。恒星和气体对引力的贡献很小,所以圆盘没有'自我引力'。

这意味着如果从正面看,它很可能看起来是非常圆的,这一点被另一个小组进行的模拟所证实(Sellwood & Sanders, 2022)。因此,观察到的椭圆度必须是由于圆盘和天空平面之间的巨大倾斜造成的。然后,旋转速度会非常小,这意味着该星系的暗物质非常少。考虑到一个孤立的矮星系在恒星和气体中的质量有多大,在这个框架内不可能有这么少的暗物质。

波恩大学和布拉格查尔斯大学的教授Pavel Kroupa在谈到这些结果的更广泛背景时说。"虽然MOND在迄今为止进行的测试中效果很好,但标准方法在从AGC 114905这样的矮小星系一直到宇宙学尺度的所有尺度上都会造成非常严重的问题,许多独立团队都发现了这一点。"

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