Revivendo a controversa teoria da gravidade alternativa com um novo giro na rotação galáctica

Imagem de rádio do gás hidrogênio neutro na galáxia AGC 114905. Sua inclinação é estimada por uma elipse preta, que se ajusta melhor aos dados. Assumindo que a galáxia é circular quando vista de frente, isso significa que ela tem uma inclinação moderada de 32 graus. No entanto, o novo estudo sugere que uma elipse azul de inclinação muito baixa pode de fato ser verdadeira – salvando assim a teoria MOND – se a galáxia for intrinsecamente não circular. Os autores demonstram que isso é possível usando uma simulação MOND personalizada. Crédito: Figura 7 de Mancera-Pina et al. 2022 (MNRAS, 512, 3230)

Um grupo internacional de astrônomos, liderado por um físico da Universidade de St Andrews, reviveu uma teoria alternativa da gravidade.

Liderada pelo Dr. Indranil Banik da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, a pesquisa revelou a alta velocidade de rotação esperada do gás em galáxia anã Consistente com a teoria anteriormente desmascarada conhecida como Milgromian Dynamics (MOND).

Um estudo anterior da velocidade de rotação do gás na galáxia anã AGC 114905 (Mancera Pena et al., 2022) descobriram que o gás gira muito lentamente e, portanto, afirmaram que a teoria MOND está morta.

Tais teorias são essenciais para entender nosso universo porque, de acordo com a física conhecida, as galáxias giram tão rápido que devem divergir umas das outras. O MOND é uma alternativa controversa à relatividade geral, a compreensão dominante de inspiração einsteiniana do fenômeno da gravitação. No entanto, a relatividade geral requer a matéria escura para manter as galáxias unidas, enquanto o MOND não matéria escura.

Como a matéria escura nunca foi descoberta, apesar de décadas de pesquisas altamente sensíveis, várias teorias foram apresentadas para explicar o que une as galáxias. O debate se alastra sobre a teoria correta. A velocidade de rotação extremamente baixa relatada no estudo de Mancera Pina et al vai contra as expectativas em um mundo governado pela relatividade geral com grandes quantidades de matéria escura.

O grupo do Dr. Banek argumenta que a alta velocidade rotacional prevista na teoria gravitacional de MOND é consistente com as observações se a inclinação galáxia Exagerado.

A rotação de estrelas e gás em galáxias distantes não pode ser medida diretamente. Apenas o componente ao longo da linha de visão é conhecido por medições espectroscópicas precisas. Se a galáxia for vista quase de frente, ela orbitará principalmente dentro do plano do céu. Isso pode levar os observadores a pensar que a galáxia gira muito lentamente, o que os obrigaria a superestimar a inclinação entre o cilindro e os planos do céu. Esta inclinação foi estimada a partir de como a galáxia elíptica aparece (veja a imagem).

O novo estudo explorou essa questão crucial usando uma simulação detalhada do MOND de uma galáxia de disco semelhante AGC 114905 Feito na Universidade de Bonn por Srikanth Nagesh e por instigação de Pavel Kroupa, professor da Universidade de Bonn e da Universidade Charles em Praga. As simulações mostram que ele pode parecer um tanto elíptico mesmo quando visto de frente. Isso ocorre porque as estrelas e os gases na galáxia têm gravidade e podem se puxar para uma forma um tanto não circular. Um processo semelhante faz com que os braços espirais apareçam em galáxias de disco, características tão comuns que muitas vezes são chamadas de galáxias espirais.

Como resultado, a galáxia pode estar mais perto do confronto do que os observadores pensam. Isso pode significar que a galáxia está girando muito mais rápido do que foi relatado, removendo a tensão com o MOND.

Dr. Banek, principal autor do novo estudo, disse: “Nossas simulações mostram que a inclinação do AGC 114905 pode ser muito menor do que o que foi relatado, o que significa que a galáxia está de fato girando muito mais rápido do que as pessoas pensam. com previsões MOND.”

Dr. Hongsheng Zhao, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St Andrews, disse: “A velocidade de rotação extremamente baixa relatada desta galáxia é incompatível com o MOND e a abordagem padrão com a matéria escura. Mas apenas o MOND é capaz de superar essa aparente contradição.” .

O novo estudo também argumenta que é improvável que um efeito semelhante de “pseudo-inclinação” apareça na abordagem padrão da matéria escura porque a galáxia é dominada por um halo suave de matéria escura. Estrelas e gases contribuem minimamente para a gravidade, de modo que o disco não é “autogravitante”.

Isso significa que provavelmente pareceria muito circular se visto de frente, conforme confirmado por simulações de outro grupo (Selwood e Sanders, 2022). Como resultado, o elipsóide observado deve ser devido a uma inclinação significativa entre o disco e os níveis do céu. A velocidade de rotação será então muito pequena, o que significa que a galáxia tem muito pouca matéria escura. Não é possível neste cenário para uma galáxia anã isolada conter uma pequena quantidade de matéria escura dada a sua massa em estrelas e gás.

Pavel Krupa, professor da Universidade de Bonn e da Universidade Charles em Praga, disse sobre o contexto mais amplo dessas descobertas: “Embora o MOND funcione bem nos testes realizados até agora, a abordagem padrão causa problemas muito sérios em todas as escalas, desde galáxias como AGC 114905 até escalas cósmicas, conforme encontrado por muitas equipes independentes.”

Referência: “The Exaggerated Inclinations of Milgromian Disc Galaxies: The Case of the Ultra-widening Galaxy AGC 114905” Por Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19 de abril de 2022, Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073