Menghidupkan kembali teori gravitasi alternatif yang kontroversial dengan putaran baru dalam rotasi galaksi

Sekelompok astronom internasional, yang dipimpin oleh seorang fisikawan di Universitas St Andrews, telah menghidupkan kembali teori gravitasi alternatif.

Dipimpin oleh Dr. Indranil Banik dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas St Andrews, penelitian tersebut mengungkapkan perkiraan kecepatan rotasi gas yang tinggi di galaksi kerdil Sesuai dengan teori yang sebelumnya dibantah yang dikenal sebagai Milgromian Dynamics (MOND).

Sebuah studi sebelumnya tentang kecepatan rotasi gas di galaksi kerdil AGC 114905 (Mancera Pena dkk., 2022) menemukan bahwa gas berputar sangat lambat dan dengan demikian mengklaim bahwa teori MOND sudah mati.

Teori-teori semacam itu penting untuk memahami alam semesta kita karena, menurut fisika yang diketahui, galaksi-galaksi berotasi begitu cepat sehingga mereka harus menyimpang satu sama lain. MOND adalah alternatif kontroversial untuk relativitas umum, pemahaman dominan yang diilhami Einstein tentang fenomena gravitasi. Namun, relativitas umum membutuhkan materi gelap untuk menyatukan galaksi, sementara MOND tidak materi gelap.

Karena materi gelap tidak pernah ditemukan meskipun pencarian sangat sensitif selama beberapa dekade, berbagai teori telah diajukan untuk menjelaskan apa yang mengikat galaksi bersama. Perdebatan mengamuk atas teori yang benar. Kecepatan putaran yang sangat rendah yang dilaporkan dalam studi Mancera Pina dkk bertentangan dengan ekspektasi di dunia yang diatur oleh relativitas umum dengan sejumlah besar materi gelap.

Kelompok Dr. Banek berpendapat bahwa kecepatan putaran tinggi yang diprediksi dalam teori gravitasi MOND konsisten dengan pengamatan jika kemiringan galaksi berlebihan.

Rotasi bintang dan gas di galaksi jauh tidak dapat diukur secara langsung. Hanya komponen di sepanjang garis pandang yang diketahui dengan pengukuran spektroskopi yang tepat. Jika galaksi terlihat hampir secara langsung, sebagian besar akan mengorbit dalam bidang langit. Ini bisa menyesatkan pengamat untuk berpikir bahwa galaksi berputar sangat lambat, yang mengharuskan mereka untuk melebih-lebihkan kemiringan antara silinder dan bidang langit. Kemiringan ini diperkirakan dari bagaimana galaksi elips muncul (lihat gambar).

Studi baru mengeksplorasi masalah penting ini menggunakan simulasi MOND terperinci dari galaksi disk yang serupa AGC 114905 Dibuat di Universitas Bonn oleh Srikanth Nagesh dan atas dorongan Pavel Kroupa, Profesor di Universitas Bonn dan Universitas Charles di Praha. Simulasi menunjukkan bahwa itu dapat tampak agak elips bahkan ketika dilihat secara langsung. Ini karena bintang dan gas di galaksi memiliki gravitasi dan dapat menarik diri ke dalam bentuk yang agak tidak melingkar. Proses serupa menyebabkan lengan spiral muncul di galaksi cakram, fitur yang sangat umum sehingga sering disebut galaksi spiral.

Akibatnya, galaksi bisa lebih dekat ke konfrontasi daripada yang diperkirakan pengamat. Ini bisa berarti bahwa galaksi berputar jauh lebih cepat daripada yang telah dilaporkan, menghilangkan ketegangan dengan MOND.

Dr Banek, penulis utama studi baru, mengatakan: “Simulasi kami menunjukkan bahwa kemiringan AGC 114905 mungkin jauh lebih rendah dari apa yang telah dilaporkan, yang berarti bahwa galaksi sebenarnya berputar jauh lebih cepat daripada yang orang pikirkan, sejalan. dengan prediksi MOND.”

Dr Hongsheng Zhao, dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas St Andrews, mengatakan: “Kecepatan putaran yang sangat rendah yang dilaporkan dari galaksi ini tidak sesuai dengan MOND dan pendekatan standar dengan materi gelap. Tetapi hanya MOND yang mampu mengatasi ini. kontradiksi yang nyata.”

Studi baru juga berpendapat bahwa efek “miring semu” yang serupa tidak mungkin muncul dalam pendekatan materi gelap standar karena galaksi didominasi oleh halo materi gelap yang halus. Bintang dan gas berkontribusi minimal terhadap gravitasi, sehingga piringan tidak “menggravitasi sendiri”.

Ini berarti bahwa itu kemungkinan akan tampak sangat melingkar jika dilihat langsung, seperti yang dikonfirmasi oleh simulasi oleh kelompok lain (Selwood dan Sanders, 2022). Akibatnya, ellipsoid yang diamati harus disebabkan oleh kemiringan yang signifikan antara piringan dan tingkat langit. Kecepatan rotasi akan sangat kecil, yang berarti galaksi memiliki materi gelap yang sangat sedikit. Dalam pengaturan ini, galaksi kerdil yang terisolasi tidak mungkin mengandung sejumlah kecil materi gelap mengingat massanya dalam bintang dan gas.

Pavel Krupa, seorang profesor di Universitas Bonn dan Universitas Charles di Praha, mengatakan tentang konteks yang lebih luas dari temuan ini: “Meskipun MOND bekerja dengan baik dalam tes yang dilakukan hingga saat ini, pendekatan standar menyebabkan masalah yang sangat serius pada semua skala mulai dari kerdil galaksi seperti AGC 114905 hingga skala kosmik, seperti yang ditemukan oleh banyak tim independen.”

Referensi: “Kecenderungan Berlebihan Galaksi Cakram Milgromian: Kasus Galaksi Pelebaran Ultra AGC 114905” Oleh Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19 Apr 2022, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073