إحياء نظرية الجاذبية البديلة المثيرة للجدل من خلال الدوران الجديد في دوران المجرة

صورة راديو لغاز الهيدروجين المحايد في المجرة AGC 114905. ويقدر ميله من القطع الناقص الأسود ، والذي يناسب البيانات بشكل أفضل. بافتراض أن المجرة دائرية عند النظر إليها وجهاً لوجه ، فإن هذا يعني أن ميلًا معتدلًا يبلغ 32 درجة. ومع ذلك ، تشير الدراسة الجديدة إلى أن القطع الناقص الأزرق لميل منخفض جدًا يمكن أن يكون صحيحًا بالفعل – وبالتالي حفظ نظرية MOND – إذا كانت المجرة في جوهرها غير دائرية إلى حد ما. يوضح المؤلفون أن هذا ممكن باستخدام محاكاة مخصصة MOND. الائتمان: الشكل 7 من مانسيرا بينا وآخرون. 2022 (MNRAS، 512، 3230)

أعادت مجموعة دولية من علماء الفلك ، بقيادة عالم فيزياء في جامعة سانت أندروز ، إحياء نظرية الجاذبية البديلة.

برئاسة الدكتور إندرانيل بانيك من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة سانت أندروز ، كشف البحث عن سرعة دوران عالية متوقعة للغاز في المجرة القزمة بما يتوافق مع النظرية التي تم فضحها سابقًا والمعروفة باسم Milgromian Dynamics (MOND).

دراسة سابقة لسرعة دوران الغاز في المجرة القزمة AGC 114905 (مانسيرا بينا وآخرون ، 2022) وجد أن الغاز يدور ببطء شديد وبالتالي ادعى أن نظرية MOND ميتة.

مثل هذه النظريات ضرورية لفهم كوننا لأنه ، وفقًا للفيزياء المعروفة ، تدور المجرات بسرعة كبيرة بحيث يجب أن تتباعد عن بعضها البعض. MOND هو بديل مثير للجدل للنسبية العامة ، وهو الفهم السائد المستوحى من أينشتاين لظاهرة الجاذبية. ومع ذلك ، تتطلب النسبية العامة مادة مظلمة لتماسك المجرات معًا ، بينما لا تتطلب MOND المادة المظلمة.

نظرًا لأنه لم يتم اكتشاف المادة المظلمة مطلقًا على الرغم من عقود من عمليات البحث الحساسة للغاية ، فقد تم طرح نظريات مختلفة لشرح ما يربط المجرات معًا. يحتدم الجدل حول النظرية الصحيحة. إن سرعة الدوران المنخفضة للغاية التي تم الإبلاغ عنها في دراسة Mancera Pina et al تتعارض مع التوقعات في عالم تحكمه النسبية العامة مع كميات كبيرة من المادة المظلمة.

تجادل مجموعة الدكتور بانيك بأن سرعة الدوران العالية المتوقعة في نظرية الجاذبية MOND تتفق مع الملاحظات إذا كان ميل المجرة مبالغ فيه.

لا يمكن قياس دوران النجوم والغاز في المجرات البعيدة بشكل مباشر. لا يُعرف إلا المكون الموجود على طول خط البصر من خلال القياسات الطيفية الدقيقة. إذا شوهدت المجرة وجهاً لوجه تقريبًا ، فستدور في الغالب داخل مستوى السماء. قد يؤدي ذلك إلى تضليل المراقبين إلى التفكير في أن المجرة تدور ببطء شديد ، مما قد يتطلب منهم المبالغة في تقدير الميل بين الأسطوانة وطائرات السماء. تم تقدير هذا الميل من كيفية ظهور المجرة البيضاوية (انظر الصورة).

استكشفت الدراسة الجديدة هذه القضية الحاسمة باستخدام محاكاة MOND مفصلة لمجرة قرصية مماثلة AGC 114905 صنع في جامعة بون بواسطة Srikanth Nagesh وبتحريض من Pavel Kroupa ، الأستاذ في جامعة بون وجامعة تشارلز في براغ. تظهر عمليات المحاكاة أنه يمكن أن يظهر بشكل بيضاوي إلى حد ما حتى عند مشاهدته وجهاً لوجه. وذلك لأن النجوم والغازات في المجرة لها جاذبية ويمكنها سحب نفسها إلى شكل غير دائري إلى حد ما. تتسبب عملية مماثلة في ظهور الأذرع الحلزونية في المجرات القرصية ، وهي سمات شائعة جدًا لدرجة أن هذه غالبًا ما تسمى بالمجرات الحلزونية.

نتيجة لذلك ، يمكن أن تكون المجرة أقرب إلى المواجهة مما يعتقد المراقبون. قد يعني هذا أن المجرة تدور بشكل أسرع بكثير مما تم الإبلاغ عنه ، مما يزيل التوتر باستخدام MOND.

قال الدكتور بانيك ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة: “تظهر عمليات المحاكاة التي أجريناها أن ميل AGC 114905 قد يكون أقل بكثير مما تم الإبلاغ عنه ، مما يعني أن المجرة في الواقع تدور بشكل أسرع بكثير مما يعتقده الناس ، بما يتماشى مع توقعات MOND. “

قال الدكتور هونغ شنغ تشاو ، من كلية الفيزياء وعلم الفلك في جامعة سانت أندروز: “إن سرعة الدوران المنخفضة للغاية المبلغ عنها لهذه المجرة غير متوافقة مع كل من MOND والنهج القياسي مع المادة المظلمة. لكن موند فقط هو القادر على التغلب على هذا التناقض الواضح “.

تجادل الدراسة الجديدة أيضًا بأن تأثير “الميل الزائف” المماثل من غير المرجح أن يظهر في نهج المادة المظلمة القياسي لأن المجرة تهيمن عليها هالة المادة المظلمة الملساء. تساهم النجوم والغازات بشكل ضئيل في الجاذبية ، لذا فإن القرص ليس “جاذبًا ذاتيًا”.

هذا يعني أنه من المحتمل أن يبدو دائريًا للغاية إذا تم عرضه وجهاً لوجه ، كما تؤكده عمليات المحاكاة التي أجرتها مجموعة أخرى (سيلوود وساندرز ، 2022). نتيجة لذلك ، يجب أن يكون الإهليلجي المرصود ناتجًا عن ميل كبير بين القرص ومستويات السماء. ستكون سرعة الدوران عندئذ صغيرة جدًا ، مما يعني أن المجرة بها القليل جدًا من المادة المظلمة. ليس من الممكن في هذا الإطار أن تحتوي المجرة القزمة المعزولة على كمية صغيرة من المادة المظلمة بالنظر إلى مقدار كتلتها في النجوم والغاز.

قال بافيل كروبا ، الأستاذ في جامعة بون وجامعة تشارلز في براغ ، عن السياق الأوسع لهذه النتائج: “بينما تعمل MOND بشكل جيد في الاختبارات التي أجريت حتى الآن ، فإن النهج القياسي يسبب مشاكل خطيرة للغاية على جميع المقاييس التي تتراوح من المجرات القزمة مثل AGC 114905 وصولاً إلى المقاييس الكونية ، كما وجدته العديد من الفرق المستقلة. “

المرجع: “الميول المبالغ فيها لمجرات قرص Milgromian: حالة المجرة شديدة الاتساع AGC 114905” بقلم Indranil Banik و Srikanth T Nagesh و Hosein Haghi و Pavel Kroupa و Hongsheng Zhao ، 19 أبريل 2022 ، الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
DOI: 10.1093 / mnras / stac1073