autors
Ir ierosināta tumšā matērija, lai izskaidrotu, kāpēc zvaigznes galaktikas tālākajā malā spēj pārvietoties daudz ātrāk, nekā prognozēja Ņūtons. Alternatīva gravitācijas teorija varētu būt labāks izskaidrojums.
Izmantojot Ņūtona fizikas likumus, mēs varam pilnīgi precīzi modelēt planētu kustības Saules sistēmā. Tomēr 70. gadu sākumā zinātnieki to atklāja Tas viņam nederēja disku galaktikas Zvaigznes to ārējās malās, prom no visu to centrā esošo vielu gravitācijas spēka, pārvietojās daudz ātrāk, nekā prognozēja Ņūtona teorija.
Rezultātā fiziķi ierosināja, ka neredzama viela ar nosaukumu “tumšā matērija“Tas nodrošināja papildu gravitācijas spēku, izraisot zvaigžņu paātrināšanos — teorija, kas kļuva plaši pieņemta. Tomēr pēdējā apskate Mani kolēģi un es ierosinām, ka novērojumi plašā skalu diapazonā ir daudz labāk izskaidrojami alternatīvā gravitācijas teorijā, ko sauc par Milgroma dinamiku vai Mond – Nav nepieciešami nekādi neredzami materiāli. Pirmo reizi to ierosināja Izraēlas fiziķis Mordehajs Milgroms 1982. gadā.
Monda pamatpieņēmums ir tāds, ka tad, kad gravitācija kļūst pārāk vāja, kā tas notiek netālu no galaktiku malām, tā sāk darboties savādāk nekā Ņūtona fizika. Tādā veidā tas ir iespējams paskaidrot Kāpēc zvaigznes, planētas un gāzes vairāk nekā 150 galaktiku nomalē griežas ātrāk, nekā gaidīts, pamatojoties tikai uz to redzamo masu. Tomēr Mond ir ne tikai paskaidrot Tāpat kā rotācijas līknes, daudzos gadījumos Gaidīt viņi.
zinātnes filozofi strīdēties Šī prognozēšanas spēja padara Mondu pārāku par standarta kosmoloģisko modeli, kas liecina, ka Visumā ir vairāk tumšās vielas nekā redzamās matērijas. Tas ir tāpēc, ka saskaņā ar šo modeli galaktikas satur ārkārtīgi nenoteiktu tumšās vielas daudzumu, kas ir atkarīgs no galaktikas veidošanās detaļām, ko mēs ne vienmēr zinām. Tas padara neiespējamu paredzēt, cik ātri galaktikas griežas. Bet šādas prognozes regulāri tiek izteiktas ar Mond, un tas līdz šim ir apstiprināts.
Iedomājieties, ka mēs zinām redzamās masas sadalījumu galaktikā, bet mēs vēl nezinām tās rotācijas ātrumu. Standarta kosmiskajā modelī ar zināmu pārliecību varētu tikai teikt, ka rotācijas ātrums priekšpilsētās būtu no 100 km/s līdz 300 km/s. Mond sniedz konkrētāku prognozi, ka rotācijas ātrumam jābūt 180-190 km/s robežās.
Ja vēlākie novērojumi atklāj rotācijas ātrumu 188 km/s, tas saskan ar abām teorijām, taču Mond neapšaubāmi ir favorīts. Šī ir jaunākā versija Occam skuveklis – ka vienkāršākais risinājums ir labāks par sarežģītākiem risinājumiem, un tādā gadījumā mums jāpaskaidro piezīmes ar pēc iespējas mazāku “brīvo parametru” skaitu. Brīvie parametri ir konstantes — noteikti skaitļi, kas mums jāievada vienādojumos, lai tie darbotos. Taču pati teorija tos nedeva — nav iemesla kādai īpašai vērtībai pastāvēt — tāpēc mums tā jāmēra ar novērojumiem. Piemērs ir gravitācijas konstante G Ņūtona gravitācijas teorijā vai lielumā tumšā matērija galaktikās standarta kosmoloģiskā modeļa ietvaros.
Mēs ieviesām jēdzienu, kas pazīstams kā “teorētiskā elastība”, lai aptvertu Occam koda ideju, ka teorija ar visvairāk brīvajiem parametriem atbilst plašākam datu klāstam, padarot to sarežģītāku. Mūsu pārskatā mēs izmantojām šo jēdzienu, pārbaudot Standard un Mond kosmoloģisko modeli ar dažādiem astronomiskiem novērojumiem, piemēram, galaktiku rotāciju un kustību galaktiku kopās.
Katru reizi mēs sniedzām teorētisko elastības rādītāju no -2 līdz +2. Rezultāts -2 norāda, ka modelis sniedz skaidru un precīzu prognozi, neapskatot datus. Un otrādi, +2 apzīmē “viss der” — teorētiķi varēja piemērot gandrīz jebkuru saprātīgu novērojumu rezultātu (jo ir tik daudz brīvu parametru). Mēs arī novērtējām, cik labi katrs modelis atbilst novērojumiem, kur +2 norāda uz izcilu atbilstību un -2 ir rezervēts novērojumiem, kas skaidri parāda, ka teorija ir nepatiesa. Pēc tam mēs atņemam teorētiskās elastības pakāpi no saskaņošanas ar novērojumiem, jo datu precīza saskaņošana ir laba, taču spēja pielāgot jebko ir slikti.
Laba teorija sniegtu skaidras prognozes, kas vēlāk tika apstiprinātas, un kombinētais rezultāts +4 daudzos dažādos testos būtu labāks (+2 – (- 2) = +4). Slikta teorija saņems punktu no 0 līdz -4 (-2 – (+ 2) = -4). Precīzas prognozes šajā gadījumā var neizdoties – un maz ticams, ka tās darbosies ar nepareizu fiziku.
Mēs atklājām standarta kosmoloģiskā modeļa vidējo rezultātu -0,25 32 testos, savukārt Mond sasniedza vidējo rezultātu +1,69 29 testos. Katras teorijas rezultāti daudzos dažādos testos ir parādīti 1. un 2. attēlā zemāk attiecīgi standarta un Mond kosmoloģiskajam modelim.
1. attēls. Standarta kosmoloģiskā modeļa salīdzināšana ar novērojumiem, pamatojoties uz to, cik labi dati atbilst teorijai (optimizācija no apakšas) un cik elastīgi tie ir pielāgojami (augstums no kreisās puses uz labo). Mūsu novērtējumā dobais aplis nav ņemts vērā, jo šie dati tika izmantoti, lai iestatītu brīvus parametrus. Reproducēts no mūsu pārskata 3. tabulas. kredīts: Arxiv
2. attēls. Līdzīgi kā 1. attēlā, bet Mond ar virtuālajām daļiņām, kas mijiedarbojas tikai ar gravitāciju, tās sauc par steriliem neitrīniem. Ņemiet vērā, ka nav acīmredzama viltojuma. Reproducēts no mūsu pārskata 4. tabulas. kredīts: Arxiv
Uzreiz ir skaidrs, ka Mondam nav konstatētas būtiskas problēmas, kas vismaz pamatoti sakrīt ar visiem datiem (ņemiet vērā, ka 2. attēlā apakšējās divas rindas, kas norāda uz viltojumu, ir tukšas).
tumšās vielas problēmas
Viena no Standarta kosmiskā modeļa pārsteidzošākajām kļūmēm ir saistīta ar “stieņu galaktikām” – spilgtiem, stieņa formas reģioniem, kas veidoti no zvaigznēm -, kuru centrālajos reģionos bieži sastopamas spirālveida galaktikas (skatiet galveno attēlu). Stieņi laika gaitā griežas. Ja galaktikas būtu iegultas milzīgos tumšās matērijas halos, to stieņi palēnināsies. Tomēr lielākā daļa, ja ne visas, novērotās galaktikas joslas ir ātras. tas ir viltots Standarta kosmiskais modelis ar ļoti augstu pārliecību.
Vēl viena problēma ir tā oriģinālie modeļi Tas, ka ierosinātajās galaktikās ir tumšās matērijas halos, pieļāva lielu kļūdu – viņi pieņēma, ka tumšās vielas daļiņas nodrošina gravitāciju ap tām esošajai matērijai, bet tās neietekmē parastās matērijas gravitācijas spēks. Tas vienkāršo aprēķinus, bet neatspoguļo realitāti. Kad tas tika ņemts vērā Turpmākās simulācijas Bija skaidrs, ka tumšās vielas oreoli ap galaktikām nevar ticami izskaidrot to īpašības.
Ir daudzas citas standarta kosmoloģiskā modeļa kļūmes, kuras mēs apskatījām mūsu pārskatā, un Mond bieži spēja dabiski paskaidroja Piezīmes. Tomēr iemesls, kāpēc standarta kosmoloģiskais modelis ir tik populārs, var būt saistīts ar skaitļošanas kļūdām vai ierobežotām zināšanām par tā kļūmēm, no kurām dažas ir atklātas nesen. Tas var būt saistīts arī ar cilvēku nevēlēšanos mainīt gravitācijas teoriju, kas ir bijusi tik veiksmīga daudzās citās fizikas jomās.
Monda lielais pārsvars pār standarta kosmoloģisko modeli mūsu pētījumā lika mums secināt, ka pieejamie novērojumi ļoti atbalsta Mond. Lai gan mēs neapgalvojam, ka Mond ir ideāls, mēs joprojām domājam, ka tas labo kopējo ainu – galaktikām patiešām trūkst tumšās matērijas.
To rakstīja Indranils Baniks, Sentendrjūsas universitātes astrofizikas pēcdoktorantūras pētnieks.
Šis raksts pirmo reizi tika publicēts Saruna.
Atsauce: “No galaktikas stieņiem līdz Habla spriedzei: Melgroma gravitācijas astrofizisko pierādījumu svēršana”
Autors Indranil Banik un Hongsheng Zhao, 2022. gada 27. jūnijs, pieejams šeit. simetrija.
DOI: 10.3390 / sym14071331
