Die Beobachtung gasreicher Galaxien bestätigt Vorhersage von modifizierter Gravitationstheorie

Eine der beobachteten Galaxien. (Image by Zagursky & McGaugh)
Eine der beobachteten Galaxien. (Image by Zagursky & McGaugh)

Einer neuen Analyse des Astronomie-Professors Stacy McGaugh von der University of Maryland zufolge stimmen kürzlich erhaltene Daten über gasreiche Galaxien präzise mit den Vorhersagen einer modifizierten Gravitationstheorie – bekannt als “MOND” – überein. Dies ist die neuste von mehreren erfolgreichen MOND-Vorhersagen und wirft neue Fragen über die Gültigkeit des herrschenden kosmologischen Modells vom Universum auf, schreibt McGaugh in einer Studie, die im März in den Physical Review Letters veröffentlicht werden soll.

Die moderne Kosmologie sagt, dass das Universum von Dunkler Materie und Dunkler Energie dominiert werden müsse, um sich zu zu verhalten wie es sich verhält. Allerdings mangelt es an direkten Beweisen für die Existenz dieser unsichtbaren Komponenten. Eine andere, wenn auch unpopuläre Möglichkeit ist, dass die aktuelle Gravitationstheorie nicht ausreicht, um die Dynamik kosmischer Systeme zu beschreiben.

Es wurden Theorien propagiert, die unser Verständnis von Gravitation anpassen sollten. Eine davon ist die Modifizierte Newton’sche Dynamik (Modified Newtonian Dynamics, MOND), die 1983 von Moti Milgrom, einem Physiker am Weizmann Institute for Science in Rehovot (Israel) aufgestellt wurde. Eine der Voraussagen der MOND spezifiziert die relative Beziehung zwischen der Masse einer beliebigen Galaxie und ihrer Rotationsgeschwindigkeit. Allerdings haben Unsicherheiten in den Schätzungen von Sternmassen in sternreichen Spiralgalaxien (wie unserer eigenen Milchstraße) bislang einen endgültigen Test verhindert.

Um dieses Problem zu vermeiden, untersuchte McGaugh gasreiche Galaxien, die weniger Sterne besitzen, aber ein überdurchschnittlich viel Masse in Form von interstellarem Gas vorweisen. “Wir verstehen die Physik der Absorption und Freisetzung von Energie durch Atome im interstellaren Gas, sodass das Zählen von Photonen fast wie das Zählen von Atomen ist. Das gibt uns eine genaue Schätzung über die Masse solcher Galaxien”, sagte McGaugh.

Vor kurzem hatten McGaugh und andere Wissenschaftler eine eine Arbeit veröffentlicht, in welcher sie die Masse und die Rotationsgeschwindigkeit vieler gasreicher Galaxien bestimmten. Darauf aufbauend stellte McGaugh 47 Stichproben von ihnen zusammen und verglich die Masse UND die Rotationsgeschwindigkeit mit der Beziehung, die von der MOND erwartet wurde. Alle 47 Galaxien stimmten mit der MOND-Vorhersage überein oder lagen sehr nah daran. Kein Modell mit Dunkler Materie funktionierte so gut.

“Ich finde es bemerkenswert, dass die Vorhersage, die Milgrom vor über einem Vierteljahrhundert gemacht hat, so gut für gasreiche Galaxien funktioniert”, sagte McGaugh.

MOND vs. Dunkle Materie – Dunkle Energie:

Fast jeder stimmt zu, dass das Universum in Maßstäben von großen Galaxien-Clustern und darüber hinaus gut durch die Dunkle-Materie/Dunkle-Energie-Theorie beschrieben wird. Nach Ansicht McGaughs trifft dies jedoch nicht auf die Vorgänge in Maßstäbe von Galaxien oder kleiner zu. “MOND ist genau das Gegenteil”, sagte er. “Es passt gut für ‘kleine’ Maßstäbe von einzelnen Galaxien, aber MOND teilt nicht viel über das größere Universum mit.”

Natürlich könne man bei der Vermutung der Dunklen Materie beginnen und deren Modelle für kleinere Maßstäbe anpassen, bis sie mit den aktuellen Ergebnissen übereinstimmen, erklärte McGaugh. “Das ist nicht so beeindruckend wie eine Vorhersage über neue Erkenntnisse hinaus zu machen, vor allem, weil wir Dunkle Materie nicht sehen können. Wir können jede Anpassung vornehmen, die wir brauchen. Es ist als würde man planetarische Umlaufbahnen mit Epizyklen beschreiben”, sagte er. Epizyklen wurden fälschlicherweise von dem antiken griechischen Wissenschaftler Ptolemäus benutzt, um beobachtete Planetenbewegungen im Kontext einer kosmologischen Theorie zu erklären, welche die Erde in das Zentrum des Universums stellte.

“Wenn wir mit Dunkler Materie richtig liegen, warum funktioniert MOND dann?”, fragt McGaugh. “Letztendlich muss die korrekte Theorie – egal ob Dunkle Materie oder eine modifizierte Gravitationstheorie – das erklären.”

Quelle: http://newsdesk.umd.edu/scitech/release.cfm?ArticleID=2352

(THK)

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