Нові виміри швидкостей обертання галактик вказують на альтернативну теорію гравітації

Незважаючи на те, що поняття темної матерії є ключовим моментом що існує космологічної моделі LCDM (Lambda-CDM model), з цим поняттям пов’язано кілька проблем. І головною проблемою є те, що, незважаючи на велику кількість витрачених зусиль, вченим так і не вдалося виявити прямих доказів існування частинок темної матерії будь-якого з передбачуваних видів. У зв’язку з цим деякі з вчених схиляються до альтернативних варіантів, таких, як модифікована Ньютонівська динаміка (MoND) або модифікована теорія гравітації. Щобільше, деякі з останніх досліджень говорять прямо на підтримку цих альтернативних теорій.

Теорія MoND виникла внаслідок нестикування у спостереженнях за обертанням галактик. Більшість матерії в галактиках згрупована в центральній частині, таким чином очікується, що зірки, розташовані ближче до центру, матимуть вищі орбітальні швидкості. Але на практиці все інакше, практично у всіх галактиках зірки обертаються навколо центру з більш-менш однаковими швидкостями. І, 1983 року ізраїльський астрофізик Мордехай Мілгром (Mordehai Milgrom) висунув перше припущення про «неправильність» що існує гравітаційної моделі.

На міжзоряних дистанціях сили тяжіння між зірками чітко підкоряються законом Ньютонівської динаміки та гравітації. І, замість того, щоб розпочати зміни в Загальній теорії відносності Альберта Ейнштейна, Мілгром запропонував змінити універсальний закон тяжіння Ньютона. Згідно з його твердженнями сила тяжіння — це не чисте зворотне квадратне співвідношення, у цьому законі існує ще одна складова, яка не залежить від відстані. Ця складова дає добавку всього в 10 трильйонних частин g, але цього достатньо для пояснення деяких невідповідностей в обертанні галактик.

Звичайно, додавання до рівняння Ньютона хай і крихітної постійної складової означає необхідність зміни та рівнянь Ейнштейна. Через це виникли деякі різні способи представлення торії MoND, такі як AQUAL (A QUadrAdic Lagrangian). І AQUAL, і стандартна модель LCDM можуть пояснити обертання галактик, що спостерігаються, з невеликими тонкими відмінностями.

Однією з відмінностей між AQUAL та LCDM є різниця у швидкостях обертання зірок, розташованих у внутрішніх та зовнішніх частинах галактик. Відповідно до моделі LCDM криві розподілу швидкостей зірок мають бути гладкими, але модель AQUAL передбачає наявність крихітної петлі в кривій, що пов’язано з модифікованою теорією гравітації. Ця відмінність дуже маленька для того, щоб її можна було побачити та виміряти на прикладі якоїсь однієї галактики. Але статистика, набрана внаслідок спостережень за безліччю галактик, може виявити це.

І нещодавно група вчених провела дослідження 152 галактик, дані про які були взяті з бази SPARC (Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves). За цими даними були складені відповідні графіки з високою роздільною здатністю та проведено їх порівняльний аналіз, результати якого повністю відповідають передбаченням моделі AQUAL.

Це, звичайно, захоплюючий результат, і деякі з прихильників альтернативної теорії вже вигукують привітання «Vive le MoND!». Однак, все це не є повним спростуванням факту можливості існування темної матерії, адже у моделі AQUAL є свої власні проблеми, наприклад, пов’язані з гравітаційними лінзами та галактиками, що їх створюють.