Obwohl dunkle Materie ein zentraler Bestandteil des kosmologischen Standardmodells ist, ist sie nicht ohne Probleme. Es gibt weiterhin nagende Geheimnisse über das Zeug, nicht zuletzt die Tatsache, dass Wissenschaftler keine direkten Partikelbeweise dafür gefunden haben.
Trotz zahlreicher Suchen müssen wir noch Teilchen der Dunklen Materie nachweisen. Daher bevorzugen einige Astronomen eine Alternative, wie z. B. die modifizierte Newtonsche Dynamik (MoND) oder das modifizierte Gravitationsmodell. Und eine neue Studie zur galaktischen Rotation scheint sie zu unterstützen.
Die Idee von MoND wurde von der galaktischen Rotation inspiriert. Die meiste sichtbare Materie in einer Galaxie ist in der Mitte angehäuft, daher würde man erwarten, dass Sterne, die näher am Zentrum liegen, schnellere Umlaufgeschwindigkeiten haben als weiter entfernte Sterne, ähnlich wie die Planeten unseres Sonnensystems. Was wir beobachten, ist, dass sich die Sterne in einer Galaxie alle ungefähr gleich schnell drehen. Die Rotationskurve ist im Wesentlichen flach, anstatt abzufallen. Die Lösung der Dunklen Materie besteht darin, dass Galaxien von einem Halo aus unsichtbarer Materie umgeben sind, aber 1983 argumentierte Mordehai Milgrom, dass unser Gravitationsmodell falsch sein muss.
In interstellaren Entfernungen ist die Gravitationsanziehung zwischen Sternen im Wesentlichen newtonsch. Anstatt also die allgemeine Relativitätstheorie zu modifizieren, schlug Milgrom vor, Newtons universelles Gravitationsgesetz zu modifizieren. Er argumentierte, dass die Schwerkraft unabhängig von der Entfernung eine kleine verbleibende Anziehungskraft hat und nicht die Anziehungskraft als reine umgekehrte quadratische Beziehung. Dieser Überrest beträgt nur etwa 10 Billionstel G, aber er reicht aus, um galaktische Rotationskurven zu erklären.
Natürlich bedeutet das Hinzufügen eines kleinen Terms zu Newtons Gravitation, dass Sie auch Einsteins Gleichungen modifizieren müssen. MoND wurde also auf verschiedene Weise verallgemeinert, wie zum Beispiel AQUAL, was für „ein quadratisches Lagrange“ steht. Sowohl AQUAL als auch das Standard-LCDM-Modell können beobachtete galaktische Rotationskurven erklären, aber es gibt einige subtile Unterschiede.
Hier kommt eine kürzlich durchgeführte Studie ins Spiel. Ein Unterschied zwischen AQUAL und LCDM besteht in der Rotationsgeschwindigkeit von Sternen im inneren Orbit im Vergleich zu Sternen im äußeren Orbit. Für LCDM sollten beide von der Verteilung der Materie bestimmt werden, daher sollte die Kurve glatt sein. AQUAL sagt aufgrund der Dynamik der Theorie einen winzigen Knick in der Kurve voraus. Sie ist zu klein, um sie in einer einzelnen Galaxie zu messen, aber statistisch gesehen sollte es eine kleine Verschiebung zwischen der inneren und äußeren Geschwindigkeitsverteilung geben.
Daher untersuchte der Autor dieses Artikels hochauflösende Geschwindigkeitskurven von 152 Galaxien, wie sie in der Datenbank Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC) beobachtet wurden. Er fand eine Verschiebung in Übereinstimmung mit AQUAL. Die Daten scheinen die modifizierte Schwerkraft gegenüber der Standardkosmologie der dunklen Materie zu unterstützen.
Das Ergebnis ist spannend, aber es wirft die dunkle Materie nicht endgültig um. Das AQUAL-Modell hat seine eigenen Probleme, wie z. B. seine Nichtübereinstimmung mit dem beobachteten Gravitationslinseneffekt von Galaxien. Aber es ist ein Sieg für die Underdog-Theorie, die einige Astronomen dazu bringt, „Vive le MoND!“ zu jubeln.
Die Forschung wird auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.
Mehr Informationen:
Kyu-Hyun Chae, Unterscheidung von Dunkler Materie, modifizierter Schwerkraft und modifizierter Trägheit mit den inneren und äußeren Teilen der galaktischen Rotationskurven, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2207.11069