Μήπως οι νάνοι γαλαξίες ευνοούν τη θεωρία MOND αντί για την σκοτεινή ύλη;

Πηγή: ScienceDaily, 7 Απριλίου 2008

Μια λεπτομερής ανάλυση οκτώ νάνων γαλαξιών που είναι σε τροχιά γύρω από τον Γαλαξία μας, δείχνει ότι η τροχιακή συμπεριφορά τους μπορεί να εξηγηθεί ακριβέστερα με την Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική (MOND), απ' ό,τι με την ευρύτερα αποδεκτή θεωρία της σκοτεινής ύλης.

Τα αποτελέσματα αυτά παρουσιάστηκαν από τον Garry Angus, του πανεπιστημίου του St Andrews, στο Μπέλφαστ.

"Η θεωρία MOND προτάθηκε αρχικά για να εξηγήσει αυτά που βλέπουμε στον απόμακρο Κόσμο. Αυτή όμως είναι η πρώτη λεπτομερής μελέτη με την οποία ήμαστε σε θέση να εξετάσουμε τη θεωρία, σε κάτι πολύ κοντά μας. Οι υπολογισμοί της MOND και οι παρατηρήσεις δείχνουν να συμφωνούν με εκπληκτική ακρίβεια. Έχουμε βρει, επίσης, μερικά συναρπαστικά παλιρροιακά αποτελέσματα που προβλέφθηκαν από τη MOND, και που θα είμαστε σε θέση να τα εξετάσουμε μέσω μελλοντικών παρατηρήσεων και προσομοιώσεων," υποστηρίζει ο Angus.

Η τοπική ομάδα των γαλαξιών

Ουσιαστικά, η MOND προσθέτει μια νέα σταθερά της φύσης (a0) στη φυσική, εκτός από την ταχύτητα του φωτός, τη σταθερά του Planck κλπ. Επίσης, οι επιταχύνσεις είναι ακριβώς όπως προβλέπονται από το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, ο οποίος λέει ότι μια δύναμη είναι ίση με τη μάζα επί την επιτάχυνσή του. Κάτω από αυτό το νόμο, η βαρύτητα μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης. Αυτή η νέα σταθερά είναι τόσο μικρή που περνά απαρατήρητη στις μεγάλες επιταχύνσεις που βλέπουμε καθημερινά. Παραδείγματος χάριν, όταν ρίχνουμε μια σφαίρα η βαρύτητα είναι 100 δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερη από τη σταθερά a0 και η επιταχυνόμενη κίνηση της Γης γύρω από τον ήλιο είναι 50 εκατομμύρια φορές ισχυρότερη από αυτήν. Εντούτοις, όταν επιταχύνονται τα αντικείμενα εξαιρετικά αργά, όπως παρατηρούμε στους γαλαξίες ή τα σμήνη των γαλαξιών, τότε αυτή η σταθερά παίζει σπουδαίο ρόλο στις προκύπτουσες δυνάμεις βαρύτητας.

Όταν η MOND εφαρμόζεται πάνω στον πληθυσμό των νάνων γαλαξιών, φαίνεται ότι οι παλιρροιακές δυνάμεις από το Γαλαξία μας, που έχουν μια αμελητέα επίδραση σύμφωνα με την κλασσική νευτώνεια μηχανική, στην πράξη μπορούν να γίνουν μεγάλες. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους νάνους γαλαξίες που κινούνται πολύ κοντά γύρω από τον Γαλαξία μας.

"Σε αυτούς τους νάνους γαλαξίες, η εσωτερική βαρύτητα είναι πολύ ασθενής έναντι της βαρύτητας του Γαλαξία μας. Η MOND προτείνει ότι η βαρύτητα του Γαλαξία μας τους έλκει και τους κάνει σταθερότερους. Εντούτοις, υπάρχουν κάποια όρια: εάν οι νάνοι γαλαξίες αρχίζουν να πλησιάζουν πολύ τον Γαλαξία μας, τότε προκαλείται η διάσπαση της ισορροπίας τους," λέει ο Angus.

Ο Angus χρησιμοποίησε τη MOND για να υπολογίσει το λόγο της μάζας με την ποσότητα του φωτός που εκπέμφθηκε από τα αστέρια στους νάνους γαλαξίες, από τις παρατηρηθείσες τυχαίες ταχύτητες των άστρων που συγκεντρώθηκαν ανεξάρτητα. Υπολόγισε, επίσης, τις τροχιακές πορείες των άστρων στους νάνους γαλαξίες. Και στις οκτώ περιπτώσεις, οι υπολογισμοί της MOND για τις τροχιές ήταν μέσα στις προβλέψεις. Για έξι από τους οκτώ νάνους γαλαξίες, οι υπολογισμοί ήταν επίσης σε καλή αντιστοιχία με τις αναμενόμενες τιμές για τις αναλογίες μάζας-φωτός. Εντούτοις για τους δύο δορυφόρους γαλαξίες, Sextans και Draco, οι αναλογίες ήταν πολύ υψηλές, μάλλον εξ αιτίας των παλιρροιακών αποτελεσμάτων. Η τιμή για το νάνο γαλαξία Sextans θα μπορούσε επίσης να οφείλεται στις κακής ποιότητας μετρήσεις της φωτεινότητας του γαλαξία, οι οποίες βελτιώνονται συνεχώς για αυτά τα εξαιρετικά αμυδρά αντικείμενα.

"Αυτά τα παλιρροιακά αποτελέσματα μπορούν να δοκιμαστούν ξαναμετρώντας την φωτεινότητα του Sextans, που είχε μετρηθεί πριν 13 χρόνια,  και κάνοντας ακριβείς παρατηρήσεις των τροχιών των Draco και Sextans γύρω από το Γαλαξία. Πρέπει επίσης να πραγματοποιήσουμε μερικές λεπτομερείς προσομοιώσεις για να καταλάβουμε τους ακριβείς μηχανισμούς της παλιρροιακής θέρμανσης, " συνέχισε ο Angus.

Εάν η ισχύει ο τύπος της δύναμης του Νεύτωνα, η σκοτεινή ύλη που απαιτείται στους νάνους έχει σταθερή πυκνότητα στο κέντρο, κάτι που είναι αντίθετη προς τις θεωρητικές προβλέψεις, οι οποίες προτείνουν ότι η πυκνότητα πρέπει να αυξάνει στο κέντρο.

"Ακόμη και χωρίς άμεση ανίχνευση, η θεωρία της σκοτεινής ύλης είναι δύσκολο να αποδειχθεί ή να αντικρουστεί, αν και μπορούμε να μην είμαστε σε θέση να αποδείξουμε εάν η θεωρία MOND είναι σωστή. Με την πραγματοποίηση όμως αυτού του είδους των δοκιμών μπορούμε να δούμε εάν αυτή θα συνεχίσει να μας απασχολεί ή εάν θα αποκλειστεί στα σίγουρα," καταλήγει ο Angus.

Η MOND  δεν είναι και η μόνη εναλλακτική θεωρία της βαρύτητας. Άλλες προτεινόμενη ιδέες για την αντικατάσταση της ήδη γνωστής Νευτώνειας θεωρίας είναι:

1. Η θεωρία των Brans-Dicke  (1961). Ο Carl Brans του Πανεπιστημίου του Σικάγο και ο Robert Dicke του Πρίνσετον υπέθεσαν ότι η σταθερά της βαρύτητας της γενικής σχετικότητας εξαρτάται από ένα επιπρόσθετο βαθμωτό πεδίο. Η δύναμη της βαρύτητας μεταβάλλεται στο χρόνο και στο χώρο σύμφωνα με την  ισχύ αυτού του πεδίου.

2. Η θεωρία των Joel Brownstein και John Moffat στο Perimeter Ινστιτούτο για τη θεωρητική φυσική στο Waterloo του Οντάριο (2005). Στη θεωρία τους (Διανυσματικός Βαθμωτός Τένσορας Βαρύτητας) οι κβαντικές διακυμάνσεις αλλάζουν την ισχύ της βαρύτητας από μέρος σε μέρος, που προκαλεί αποτελέσματα σαν τη MOND.

3. Ο Robert Sanders του πανεπιστημίου του Γκρόνινγκεν στην Ολλανδία,  περιέγραψε μια θεωρία  το 2005), που προχωρά περισσότερο το μοντέλο της MOND, που είναι σχετικιστικό σαν του Bekenstein, αλλά με με δύο βαθμωτά πεδία αντί για ένα. Οι δονήσεις στο δεύτερο πεδίο προκαλούν ένα είδος σκοτεινής ύλης.