Studerende udfordrer 40 år gammel teori om galaksers dynamik og det mørke univers
Fysikere kan ikke forklare stjerners bevægelser i galakserne med de kendte fysiske love. Nu har fysikstuderende fra SDU vist, at en stædig, 40 år gammel teori må udelukkes.
Galakser består af milliarder af stjerner, og i mange galakser samler stjernerne sig i en skive-lignende struktur, hvor de bevæger sig i cirkelbaner omkring galaksens centrum.
Hastighederne af stjernernes bevægelser rundt om centrum i galakserne – de såkaldte rotationskurver – er alt for høje til, at den kendte tyngdekraft fra det synlige stof i galakserne kan holde stjernerne på plads i de baner astronomer måler.
Faktisk er hastighederne så høje, at galakserne burde falde fra hinanden, men det gør de ikke.
Mørkt stof eller ny tyngdelov
Det findes der to mulige forklaringer på:
Enten er Newtons og Einsteins tyngdelove ikke korrekte og skal derfor modificeres. Det er en radikal hypotese, som går under navnet 'MOdified Newtonian Dynamics (MOND)'.
Eller også er galakserne fyldt med mere stof, end vi kan se – det såkaldte mørke stof. I så fald er det tyngdekraften fra det mørke stof, der holder stjernerne på plads i deres baner, og så holder Einsteins tyngdelov.
Analyse af 176 galakser
Mørkt stof har længe, og af mange grunde, været den foretrukne hypotese. Men i 2016 skabte studiet The Radial Acceleration Relation in Rotationally Supported Galaxies, publiceret i Physical Review Letters af McGaugh, Lelli, og Schombert, fornyet fokus på det 40 år gamle MOND alternativ. Studiet viste, at rotationskurverne i en gruppe på 176 galakser tilsyneladende stemte overens med MOND hypotesen.
Det studie har Mikkel Have Eriksen og Mogens Henrik From nu været med til at udfordre. Arbejdet fandt sted, da de studerede Fysik på SDU. I dag arbejder Mogens som DevOps hos ordbogen.com, og Mikkel er ph.d.-studerende på Det Tekniske Fakultet på SDU.
Arbejdet er publiceret i det anerkendte tidsskrift Astronomy and Astrophysics: A cusp-core-like challenge for modified Newtonian dynamics.
Eksisterende hypoteser udfordres
Eriksen, From og Frandsen tog udgangspunkt i en ny geometrisk repræsentation af rotationskurver, som var blevet udviklet af astro- og partikelfysiker Mads Toudal Frandsen og ph.d.-studerende Jonas Petersen på SDU. A Method for Discriminating Between Dark Matter Models and MOND Modified Inertia via Galactic Rotation Curves.
Deres arbejde påviser, at MOND hypotesens konsekvenser for stjernebaner i det inderste af galakserne ikke stemmer overens med data, og de mener dermed, at Newtons og Einsteins beskrivelse af tyngdeloven stadig må gælde i galakser – men at det er store mængder af det ukendte mørke stof, der hjælper med at holde stjernerne i deres baner i galakserne.
Mere specifikt viser deres arbejde, at MOND modellerne giver et helt unikt aftryk i den del af stjernerne, der roterer tættest på galaksens centrum. Det er et aftryk, som Eriksen, From og Frandsen viser, ikke kan genfindes i de målinger af rotationskurver, som astronomer har udført.
Vi har endnu ikke set det mystiske mørke stof
– Selvom nye mørkt stof partikler længe har været anset for den mest sandsynlige forklaring på de rotationskurver, vi observerer, har vi endnu ikke direkte detekteret disse partikler. Derfor er det vigtigt, vi stadig holder alternative forklaringer for øje og søger så definitivt som muligt at teste disse alternativer, siger Mads Toudal Frandsen og fortsætter:
– Men med Eriksens og Froms arbejde er de mest gængse MOND modeller nu meget stærkt udfordrede.