이 물리학자들은 새로운 중력 이론을 선호합니다.

뉴턴의 물리 법칙을 사용하여 태양계 행성의 운동을 완벽하게 정확하게 모델링할 수 있습니다. 그러나 1970년대 초 과학자들은 이것은 그를 위해 작동하지 않았다 디스크 은하 중심에 있는 모든 물질의 중력으로부터 멀리 떨어진 바깥쪽 가장자리에 있는 별들은 뉴턴의 이론이 예측한 것보다 훨씬 빠르게 움직이고 있었습니다.

그 결과 물리학자들은 “보이지 않는 물질”이라고 제안했습니다.암흑 물질“그것은 추가적인 중력을 제공하여 별이 가속되도록 하는 것이었습니다. 이것은 널리 받아들여진 이론입니다. 그러나, 마지막 리뷰 제 동료들과 저는 광범위한 규모에 걸친 관찰이 Milgromian dynamics 또는 몬드 – 보이지 않는 재료가 필요하지 않습니다. 1982년 이스라엘 물리학자 Mordechai Milgrom이 처음 제안했습니다.

몬드의 기본 가정은 중력이 은하의 가장자리 근처에서와 같이 너무 약해지면 뉴턴 물리학과 다르게 행동하기 시작한다는 것입니다. 이런 식으로 가능하다 설명 150개 이상의 은하계 외곽에 있는 별, 행성 및 가스가 보이는 질량만을 기준으로 예상보다 빠르게 회전하는 이유. 그러나 몬드만이 아니다. 설명 회전 곡선과 마찬가지로 많은 경우 예상하다 그들.

과학 철학자 다투다 이 예측력이 Mond를 표준 우주론 모델보다 우월하게 만든다는 것은 우주에 보이는 물질보다 암흑 물질이 더 많다는 것을 암시합니다. 이것은 이 모델에 따르면 은하에는 은하가 어떻게 형성되었는지에 대한 세부 사항에 따라 달라지는 극도로 불확실한 양의 암흑 물질이 포함되어 있기 때문입니다. 이것은 은하가 얼마나 빨리 회전하는지 예측하는 것을 불가능하게 만듭니다. 그러나 그러한 예측은 Mond와 함께 일상적으로 이루어지며 지금까지 확인되었습니다.

우리가 은하에서 보이는 질량의 분포는 알고 있지만 회전 속도는 아직 모른다고 상상해 보십시오. 표준 우주 모델에서는 회전 속도가 교외에서 100km/s에서 300km/s 사이가 될 것이라고 확신할 수 있을 뿐입니다. Mond는 회전 속도가 180-190km/s 범위에 있어야 한다는 보다 구체적인 예측을 제공합니다.

나중에 관찰한 결과 회전 속도가 188km/s인 것으로 밝혀지면 이는 두 이론에 모두 일치하지만 Mond가 가장 선호되는 것은 분명합니다. 이것은 최신 버전의 오컴의 면도날 – 가장 단순한 솔루션이 더 복잡한 솔루션보다 낫습니다. 이 경우 가능한 한 적은 수의 “자유 매개변수”를 사용하여 메모를 설명해야 합니다. 자유 매개변수는 상수입니다. 작동하려면 방정식에 입력해야 하는 특정 숫자입니다. 그러나 이론 자체는 그것들을 주지 않았습니다. 어떤 특정한 가치가 존재할 이유가 없습니다. 그래서 우리는 그것을 관찰로 측정해야 합니다. 예는 뉴턴의 중력 이론 또는 크기의 중력 상수 G입니다. 암흑 물질 표준 우주 모델 내의 은하에서.

우리는 가장 자유로운 매개변수를 가진 이론이 더 넓은 범위의 데이터와 일치하여 더 복잡해진다는 Occam의 코드 이면에 있는 아이디어를 포착하기 위해 “이론적 탄력성”이라는 개념을 도입했습니다. 우리의 검토에서 우리는 은하의 회전 및 은하단 내 움직임과 같은 다양한 천문 관측에 대해 Standard 및 Mond 우주 모델을 테스트할 때 이 개념을 사용했습니다.

매번 -2와 +2 사이의 이론적인 탄력성 점수를 주었습니다. -2 점수는 모델이 데이터를 보지 않고 명확하고 정확한 예측을 하고 있음을 나타냅니다. 반대로 +2는 “무엇이든 간다”를 의미합니다. 이론가는 거의 모든 합리적인 관찰 결과에 적합할 수 있습니다(자유 매개변수가 너무 많기 때문에). 우리는 또한 각 모델이 관찰에 얼마나 잘 맞는지 평가했습니다. 여기서 +2는 우수한 적합성을 나타내고 -2는 이론이 거짓임을 분명히 보여주는 관찰에 대해 예약되어 있습니다. 그런 다음 데이터를 잘 일치시키는 것은 좋지만 무엇이든 맞출 수 있는 것은 나쁘기 때문에 관찰과의 일치에서 이론적 유연성의 정도를 뺍니다.

좋은 이론은 나중에 확인된 명확한 예측을 할 수 있으며 여러 테스트에서 +4의 합산 점수가 더 좋을 것입니다(+2 – (-2) = +4). 잘못된 이론은 0에서 -4(-2 – (+ 2) = -4) 사이의 점수를 받습니다. 이 경우 정확한 예측이 실패할 수 있으며 잘못된 물리학에서는 작동하지 않을 수 있습니다.

표준 우주론 모델의 평균 점수는 32개 테스트에서 -0.25인 반면 Mond는 29개 테스트에서 평균 점수 +1.69를 달성했습니다. 다양한 테스트에 대한 각 이론의 점수는 Standard 및 Mond 우주론 모델에 대해 각각 아래 그림 1과 2에 나와 있습니다.

그림 1. 데이터가 이론과 얼마나 잘 맞는지(하향식 최적화) 및 피팅 시 유연성(왼쪽에서 오른쪽으로 높이)에 따라 표준 우주론 모델을 관측값과 비교합니다. 속이 빈 원은 데이터가 자유 매개변수를 설정하는 데 사용되었기 때문에 평가에서 고려되지 않습니다. 우리 리뷰의 표 3에서 재생산. 크레딧: Arxiv

그림 2. 그림 1과 유사하지만 중력에 의해서만 상호 작용하는 가상 입자를 가진 Mond의 경우 멸균 중성미자라고 합니다. 명백한 위조가 없음을 유의하십시오. 우리 리뷰의 표 4에서 재생산. 크레딧: Arxiv

모든 데이터와 최소한 합리적으로 일치하는 Mond에 대해 중요한 문제가 식별되지 않았음이 즉시 분명합니다(위조를 나타내는 맨 아래 두 행은 그림 2에서 비어 있음에 유의).

암흑 물질 문제

표준 우주 모델의 가장 눈에 띄는 실패 중 하나는 “막대 은하”(별으로 이루어진 밝은 막대 모양의 영역)와 관련이 있습니다. 이 영역에서 나선 은하가 종종 중심 영역에서 발견됩니다(주 이미지 참조). 막대는 시간이 지남에 따라 회전합니다. 은하가 암흑 물질의 거대한 후광에 묻혀 있다면 그 막대는 느려질 것입니다. 그러나 관찰된 은하 띠의 전부는 아니지만 대부분은 빠릅니다. 이것은 가짜 매우 높은 자신감을 가진 표준 우주 모델.

또 다른 문제는 오리지널 모델 제안된 은하에 암흑 물질 후광이 있다는 것은 큰 실수였습니다. 그들은 암흑 물질 입자가 주변 물질에 중력을 제공하지만 일반 물질의 중력에 의해 영향을 받지 않는다고 가정했습니다. 이것은 계산을 단순화하지만 현실을 반영하지 않습니다. 이것을 고려했을 때 후속 시뮬레이션 은하 주변의 암흑 물질 후광은 그 특성을 확실하게 설명하지 못한다는 것이 분명했습니다.

우리가 검토한 표준 우주론 모델에는 다른 많은 실패가 있으며 Mond는 종종 자연스럽게 설명 메모. 그러나 표준 우주 모델이 인기 있는 이유는 계산 오류나 실패에 대한 제한된 지식 때문일 수 있으며, 그 중 일부는 최근에 발견되었습니다. 그것은 또한 물리학의 다른 많은 영역에서 성공한 중력 이론을 수정하기를 꺼리는 사람들 때문일 수도 있습니다.

우리 연구에서 표준 우주론 모델에 대한 몬드의 큰 우위는 우리가 사용 가능한 관측이 몬드를 강력하게 선호한다는 결론을 내리게 했습니다. Mond가 완벽하다고 주장하지는 않지만 우리는 여전히 그것이 큰 그림을 수정한다고 생각합니다. 은하는 실제로 암흑 물질이 부족합니다.

세인트앤드루스 대학교 천체물리학 박사후 연구원인 인드라닐 바닉(Indranil Banik)이 작성했습니다.

이 기사는 대화.

참조: “은하 막대에서 허블 장력까지: 멜그로미안 중력에 대한 천체 물리학적 증거의 무게 측정”
Indranil Banik 및 Hongsheng Zhao 작성, 2022년 6월 27일, 여기에서 사용 가능. 대칭.
DOI: 10.3390 / sym14071331