"Nova Lei Natural do Cosmos" --Challenges atuais teorias da matéria escura

Uma equipe liderada por pesquisadores Case Western Reserve University descobriu uma nova relação significativa em galáxias espirais e irregulares: a aceleração observada em curvas de rotação firmemente correlaciona-se com a aceleração gravitacional esperado a partir da massa visível somente. Em um artigo aceito para publicação na revista Physical Review Letters e publicado no site da preprint arXiv, os astrônomos argumentam que a relação que eles encontraram é equivalente a uma nova lei natural.

"A inferência natural é que essa lei decorre de uma força universal, como uma modificação da gravidade como MOND, a hipótese de modificação de Newton Dynamics propostas pelo físico israelense Moti Milgrom", diz Stacy McGaugh, presidente do Departamento de Astronomia da Case Western Reserve . "Mas também poderia ser algo na natureza da matéria escura como a matéria escura superfluido proposto por Justin Khoury", disse McGaugh. "O mais importante, seja qual for a teoria que você quer construir tem de reproduzir este."

"O modelo padrão da cosmologia é notavelmente bem sucedida em explicar praticamente tudo o que observamos no universo", disse Arthur Kosowsky, professor de física e astronomia da Universidade de Pittsburgh, que não estava envolvido, mas analisou a investigação. "Mas se houver uma única observação que me mantém acordado à noite se preocupar para que possamos ter algo essencialmente errado, é isso. "

Em galáxias espirais como NGC 6946 (mostrado acima), os investigadores descobriram que uma relação de um-para-um entre a distribuição das estrelas mais gás e a aceleração causada pela gravidade existe. No final de 1970, os astrônomos Vera Rubin e Albert Bosma encontrada de forma independente que galáxias espirais rodar a uma velocidade quase constante: a velocidade de estrelas e gás dentro de uma galáxia não diminui com o raio, como seria de esperar de leis de Newton e a distribuição de visível matéria, mas mantém-se aproximadamente constante. Tais "curvas de rotação plana 'são geralmente atribuídos a matéria invisível, escuro em torno de galáxias e proporcionando atração gravitacional adicional.

"Se você medir a distribuição da luz da estrela, você sabe a curva de rotação, e vice-versa", disse McGaugh, principal autor da pesquisa. "A descoberta é consistente entre 153 espirais e irregulares galáxias, variando de gigante para anão, aqueles com protuberâncias centrais maciças ou mesmo nenhum. Também é consistente entre as galáxias compostas principalmente de estrelas ou principalmente gás.

Um astrofísico que analisou o estudo disse que as descobertas podem levar a uma nova compreensão da dinâmica interna das galáxias.

"Curvas de rotação da galáxia têm sido tradicionalmente explicada através de uma hipótese ad hoc: que as galáxias estão rodeados por matéria escura", disse David Merritt, professor de física e astronomia no Instituto de Tecnologia de Rochester, que não estava envolvido na pesquisa. "A relação descoberto por McGaugh et ai. É um grave e possivelmente fatal, desafio com esta hipótese, uma vez que mostra que as curvas de rotação são precisamente determinada pela distribuição da matéria normal sozinho. Nada no modelo cosmológico padrão prevê que este, e é quase impossível imaginar como esse modelo poderia ser modificado para explicá-lo, sem descartar a hipótese de matéria escura completamente. "

McGaugh e Schombert têm vindo a trabalhar sobre esta investigação por uma década e com Lelli nos últimos três anos. imagens do infravermelho próximo recolhidos pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA durante os últimos cinco anos lhes permitiu estabelecer a relação e que persiste por todos os 153 galáxias.

A chave é que luz infravermelha emitida por estrelas é muito mais confiável do que óptico de luz para converter a luz em massa, disse Lelli.

Os pesquisadores plotados a aceleração radial observado em curvas de rotação publicados por uma série de astrônomos ao longo dos últimos 30 anos contra a aceleração prevista a partir da distribuição observada de matéria comum agora no Spitzer Fotometria & Accurate banco de dados curvas de rotação equipe de McGaugh criado. As duas medições mostraram uma única correlação, extremamente apertado, mesmo quando a matéria escura é suposto dominar a gravidade.

"Não há dispersão intrínseca, que é até que ponto os dados diferem, em média, a partir da média quando plotados em um gráfico", disse McGaugh. "O que pouca dispersão é encontrado é consistente com índices estelares massa-luz que variam um pouco de galáxia para galáxia."

Lelli comparou a relação a uma lei natural a longo usado. "É como a terceira lei de Kepler para o sistema solar: se você medir a distância de cada planeta do sol, você começa o período orbital, ou vice-versa", disse. "Aqui nós temos algo semelhante para galáxias, com cerca de 3.000 pontos de dados."

"No nosso caso, encontramos uma relação entre o que você vê na matéria normal em galáxias e que você recebe em sua gravidade", disse McGaugh. "Isso é importante porque ele está nos dizendo algo fundamental sobre como as galáxias se trabalhar."

Kosowsky disse McGaugh e seus colaboradores têm vindo refinou a galáxia espiral escalar relação há anos e chamou este mais recente trabalho um avanço significativo, reduzindo a incerteza na massa em matéria normal, explorando observações no infravermelho.

"O resultado é uma relação de escala nos dados sem parâmetros ajustáveis", disse Kosowky. "Ao longo da história da física, regularidades inexplicáveis ​​nos dados frequentemente apontado o caminho para novas descobertas."

McGaugh e sua equipe não estão pressionando qualquer interpretação teórica da sua relação empírica neste momento.

O Galaxy diário via Case Western Reserve University