Om Inte Mörk Materia, Vad Då?

{h1}

Mörk materia har blivit ifrågasatt av en ny undersökning av stjärnor. Men fysiker tror att undersökningen, och inte mörk materia sig själv, är bristfällig, eftersom alternativen till den mörka materia teorin är svaga.

Astronomer kartlade motionerna av hundratals stjärnor i Vintergatan för att döma mängden mörk materia som måste slita på dem från vår sols närhet. Deras överraskande slutsats? Det finns ingen mörk materia runt här.

Som forskarna skriver i ett kommande papper i Astrophysical Journal, innebär den stellära rörelsen att stjärnorna, alla inom 13.000 ljusår av jorden, drabbas gravitativt av de synlig material i vårt solsystem - solen, planeterna och omgivande gas och damm - och inte av någon osynlig materia.

"Våra beräkningar visar att [mörk materia] borde ha visat sig mycket tydligt i våra mätningar. Men det var bara inte där!" sade ledande studieförfattaren Christian Moni-Bidin, en astronom vid University of Concepción i Chile.

Om analysen av data från Chiles europeiska sydliga observatorium (ESO) är korrekt - en stor "om", säger flera fysiker - det stör den decennier gamla teorin om att mörk materia penetrerar rymden i vår region i Vintergatan. Mörk materia är en osynlig materiell tanke som utgör 80 procent av all materia i universum. Även om det inte interagerar med ljus och så inte kan ses, påminner sin närvaro för att förklara varför galaxernas utkanter, däribland Vintergatan, roterar mycket snabbare än vad man skulle kunna förvänta sig utifrån gravitationens drag av synlig materia ensam. Allmänt accepterad som faktum spelar mörk materia en viktig roll i modeller av galaxbildning och evolution, och flera experiment pågår för att upptäcka mörka materiepartiklar på jorden.

Men om mörk materia inte är här i solsystemet, kan det inte vara någonstans, eftersom dess fördelning genom galaxen måste vara extremt märklig för att undvika denna region i rymden. "Moderna teorier har allvarliga problem att förklara bildandet av en [mörk materia] halo så nyfiken formad", berättade Moni-Bidin Livets lilla mysterier.

Scott Tremaine, professor i fysik vid Princeton University Institute for Advanced Study, sa, "Om författarnas slutsatser är korrekta, är detta verkligen ett allvarligt slag mot mörk materia."

Framtida astronomiska undersökningar, såsom Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag, kommer att klargöra situationen genom att observera rörelserna för miljoner stjärnor, i stället för bara hundratals. Men under tiden inbjuder det nya ESO-fyndet till att diskutera ett ämne som inte har fått mycket ljudeffekt under de senaste åren. Vilka andra teorier kan utgöra galaxernas rotation, liksom andra observationer som förklaras av mörk materia? Om inte mörk materia - eller åtminstone inte den mörka materien som vi förväntade oss - vad då? Experter har några andra alternativ, även om de inte är nästan lika tillfredsställande.

Gravity 2.0

Om tyngdkraften är mycket snyggare än Newton och Einstein trodde, kunde den redogöra för den snabba rotationen av spiralgalaxerna utan att kräva mörk materia. För gravitation för att påskynda stjärnorna i galaxens kant måste det avvika från "invers-square law" - regeln att gravitationen minskar med kvadraten av avståndet från något - vid galaktiska avstånd. Med andra ord, kraften skulle plötsligt spika vid galaxernas kant. Men för att det ska fungera så måste gravitetsfält och de ekvationer som är associerade med dem bli enormt förknippade. [Top 3 Questions Människor frågar en astrofysiker (och svar)]

Teorin heter "modifierad newtonisk dynamik" eller MOND. "Den trevligaste av alternativmodellerna för spiralgalaxier är den alternativa gravitationsteorin MOND, eftersom det verkar kunna [matematiskt] reproducera galaxrotationskurvorna med få antaganden inbyggda i det", säger Douglas Clowe, en astrofysiker vid Ohio University som studerar mörk materia

MOND fyller emellertid inte så många luckor som mörk materia gör: det fungerar perfekt bara för spiralgalaxer, sade Clowe. För elliptiska galaxer, galaxgrupper, galaxkluster och storskaliga strukturer passar teorin inte riktigt i observationer, och det kräver därför att extra materia - dvs mörk materia - åberopas igen. "Så i stället för att bara använda en oupptäckt partikel för att förklara våra observationer av strukturer i universum kräver MOND både en oupptäckt partikel och en modifikation av gravitationsstyrkan, säger han.

En annan ban mot MOND är att den, liksom den mörka materia teorin, inte stämmer överens med de nya ESO-resultaten. Enligt Moni-Bidin, eftersom lagmedlemmarna använde Newtonian gravitation i sina beräkningar, skulle MOND förutsäga en skillnad att uppstå i den mängd massa de mäter i solsystemet. "MOND räknar med att en" fantomskiva "av osynligt material kommer att upptäckas i ett verk som vårt," säger han - precis som att använda Newtons lag för att modellera galaxen leder en för att förutsäga mörk materia.

Fältens fält

John Moffat, en fysiker vid Perimeter Institute for Advanced Study i Kanada, har föreslagit en underteori om MOND som heter MOG, eller "modifierad gravitation". Han hävdar att MOG förklarar galaxernas sällsynta rörelse, liksom galaxkluster och klusterkollisioner, utan att påminna mörk materia i vilken skala som helst.

"Jag tar Einsteins gravitation och jag lägger till i dessa tre fält", förklarade Moffat. En av fälten har en massa, och detta introducerar variationer i kraftlagen vid olika avståndsvågor.För att kunna ha en massa måste fältet ha en partikel som är associerad med den, vilken Moffat kallar phionen. Och, som partiklar av mörk materia, har phions existens inte verifierats. [Smarta svar på galen hypotetiska frågor]

Varm och mörk

Om ESO-analysen är korrekt kan det bara betyda att mörk materia beter sig väldigt annorlunda - eller distribueras mycket annorlunda i rymden - än vad man tänkt sig. "Det skulle innebära att mörk materia skulle behöva distribueras i större skala inom galaxens inre delar," sade Clowe, "som är [matematiskt bekräftad] om du gör partiklarna i mörkmaterialet mindre massiva än de för närvarande favoriserade modellerna. "

Enligt Douglas Spolyar, en teoretiker för mörk materia vid University of Chicago, kallas den mindre massiva sorten varm mörk materia. "Människor använder den för att förklara två saker - en som du skulle ha en kärna i din mörka materia profil, så mörk materia stannar konstant inom en viss radie i galaxen. För det andra, om du tittar på de mörka materiens delhalvor i Vintergatan, mängden [av varm mörk materia] är mycket lägre, "sa han. Det kan förklara varför ESO-astronomerna inte hittade någon mörk materia i vårt kosmiska grannskap. [Vad händer om vårt solsystem hade bildat närmare vätskans kant?]

Men forskarna sa det kall Partiklar av mörk materia föredras starkt av kosmologer, eftersom mindre massiva mörka partiklar skulle få problem att bilda galaxer tillräckligt snabbt för att matcha astronomernas observationer av det tidiga universum.

Ny teori

Om framtida kartläggningar av stjärnornas stärkelser stärker ESO-fynden, vilket starkt tyder på att det verkligen inte finns någon mörk materia i vår galaxregion, så kan kosmologer skrapa alla aktuella teorier och börja på nytt. "Hittills är det inte känt att ett omfattande relativistisk teorialternativ till det mörka materieparadigmet, som kan förklara observationerna på alla skalor, från galaktisk rotation till galaxernas kluster, är inte känt, säger Moni-Bidin.

Princetons Tremaine överensstämde: "Jag tror inte att några av alternativen till mörk materia är mycket troliga."

Följ Natalie Wolchover på Twitter @nattyover. Följ Life's Little Mysteries på Twitter @ llmysteries och gå med oss ​​på Facebook.


Video Tillägg: PI-samtalen: Svarta hål, mörk materia och universums gåtor.




Forskning


Quakes Och Tyfoner: Vad Är Det Med Mother Nature?
Quakes Och Tyfoner: Vad Är Det Med Mother Nature?

Hur Stor Är Den Internationella Rymdstationen?
Hur Stor Är Den Internationella Rymdstationen?

Science News


Varför Var Mount St. Helens Så Destruktiv?
Varför Var Mount St. Helens Så Destruktiv?

Vad Är De Konstigaste Officiella Djurens Djur?
Vad Är De Konstigaste Officiella Djurens Djur?

Hur Man Förebygger Ipad-Axelproblem
Hur Man Förebygger Ipad-Axelproblem

"Blackfish" Orca Dies: Hur Tilikum Jämförs Med Vilda Kusiner

Stor American Eclipse Casts Shadow Över Great American Desert
Stor American Eclipse Casts Shadow Över Great American Desert


SV.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Av Material Tillåts Bara Prostanovkoy Aktiv Länk Till Webbplatsen SV.WordsSideKick.com

© 2005–2019 SV.WordsSideKick.com