La rotazione di questa galassia salva una controversa teoria della gravità


Immagine radio dell’idrogeno gassoso neutro nella galassia AGC 114905. La sua inclinazione è stimata dall’ellisse nera, che si adatta meglio ai dati. Supponendo che la galassia sia circolare se vista faccia a faccia, ciò implica un’inclinazione moderata di 32°. Tuttavia, il nuovo studio suggerisce che l’ellisse blu per un’inclinazione molto bassa potrebbe effettivamente essere corretta – salvando così la teoria MOND – se la galassia è intrinsecamente un po’ meno circolare. Gli autori dimostrano che questo è possibile utilizzando una simulazione MOND dedicata.

Un gruppo internazionale di astronomi, guidato da un fisico dell’Università di St Andrews, ha fatto rivivere una teoria della gravità alternativa.

Guidato dal dott. Indranil Banik della School of Physics and Astronomy di St Andrews, lo studio ha rivelato un’alta velocità di rotazione prevista del gas in una galassia nana coerente con la teoria precedentemente sfatata nota come Milgromian Dynamics (MOND).

Un precedente studio sulla velocità di rotazione del gas nella galassia nana AGC 114905 ha scoperto che il gas ruotava molto lentamente e sosteneva che la teoria MOND era morta.

Tali teorie sono essenziali per comprendere il nostro universo perché, secondo la fisica conosciuta, le galassie ruotano così rapidamente che dovrebbero schizzare via. MOND, un’alternativa controversa alla Relatività Generale, la comprensione prevalente ispirata a Einstein del fenomeno della gravità che richiede la materia oscura per tenere insieme le galassie; non richiede materia oscura. Poiché la materia oscura non è mai stata rilevata nonostante decenni di ricerche molto sensibili, sono state avanzate varie teorie per spiegare cosa tiene insieme le galassie e infuria il dibattito su quale sia giusta.

La bassissima velocità di rotazione riportata nello studio Mancera Pina è incompatibile con le previsioni in un universo governato dalla Relatività Generale con grandi quantità di materia oscura.

Il gruppo di Banik sostiene che l’alta velocità di rotazione prevista nella teoria della gravità MOND è coerente con le osservazioni se l’inclinazione della galassia viene sopravvalutata.

La rotazione di stelle e gas in galassie lontane non può essere misurata direttamente. Solo il componente lungo la linea di vista è noto da precise misurazioni spettroscopiche. Se la galassia è vista quasi faccia a faccia, ruoterebbe principalmente all’interno del piano del cielo. Ciò potrebbe indurre in errore gli osservatori a pensare che la galassia stia effettivamente ruotando molto lentamente, il che richiederebbe loro di sopravvalutare l’inclinazione tra i piani disco e cielo. Questa inclinazione è stata stimata da quanto appare ellittica la galassia .

Il nuovo studio ha esplorato questo problema cruciale utilizzando simulazioni MOND dettagliate di una galassia a disco simile ad AGC 114905 realizzate all’Università di Bonn da Srikanth Nagesh e istigate da Pavel Kroupa, professore all’Università di Bonn e all’Università Carlo di Praga. Le simulazioni mostrano che può apparire un po’ ellittica anche se vista faccia a faccia. Questo perché le stelle e il gas nella galassia hanno gravità e possono tirarsi in una forma un po’ non circolare. Un processo simile causa i bracci a spirale nelle galassie a disco, caratteristiche così comuni che sono spesso chiamate galassie a spirale.

Di conseguenza, la galassia potrebbe essere molto più vicina a essere vista di fronte di quanto pensassero gli osservatori. Ciò potrebbe significare che la galassia sta ruotando molto più velocemente di quanto riportato, rimuovendo la tensione con MOND.

Il Dr. Banik, autore principale del nuovo studio, ha dichiarato: “Le nostre simulazioni mostrano che l’inclinazione di AGC 114905 potrebbe essere significativamente inferiore a quella riportata, il che significherebbe che la galassia sta effettivamente ruotando molto più velocemente di quanto si pensi, in linea con le aspettative di MOND“.

Dr. Hongsheng Zhao, della Scuola di Fisica e Astronomia dell’Università di St Andrews, ha dichiarato: “La bassissima velocità di rotazione riportata di questa galassia è incoerente sia con MOND che con l’approccio standard con la materia oscura. Ma solo MOND è in grado di aggirare questa apparente contraddizione“.

Il nuovo studio sostiene anche che è improbabile che un simile effetto di “inclinazione finta” si verifichi nell’approccio standard della materia oscura perché la galassia è dominata dall’alone di materia oscura liscia. Le stelle e il gas contribuiscono poco alla gravità, quindi il disco non è “auto-gravitante”.

Ciò significa che è probabile che sembri molto circolare se vista faccia a faccia, come confermato dalle simulazioni effettuate da un altro gruppo (Sellwood & Sanders, 2022). Di conseguenza, l’ellitticità osservata deve essere dovuta a un’inclinazione significativa tra il disco e i piani del cielo. La velocità di rotazione sarebbe quindi molto piccola, il che implica che la galassia ha pochissima materia oscura. Non è possibile in questo quadro che una galassia nana isolata abbia una quantità così piccola di materia oscura data la quantità di massa che ha nelle stelle e nel gas.

Pavel Kroupa, professore all’Università di Bonn e all’Università Carlo di Praga, ha affermato del contesto più ampio di questi risultati: “Mentre MOND funziona bene nei test condotti finora, l’approccio standard causa problemi molto gravi su tutte le scale che vanno dalle galassie nane come AGC 114905 fino alle scale cosmologiche, come rilevato da molti team indipendenti“.

L’articolo “Overestimated inclinations of Milgromian disk galaxies: the case of the ultradiffuse galaxy AGC 114905” è pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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