25 juli 2024

Onderzoek suggereert dat rotatiecurves van sterrenstelsels oneindig vlak blijven – gevolgen voor de modellen?

De vlakke rotatiecurve van het sterrenstelsel M33. Credit: Stefania.deluca

Over rotatiecurves of -krommen van sterrenstelsels hebben we het hier vaak gehad, de weergave in een grafiek van de waargenomen draaisnelheden van materie in de schijfdelen van spiraalstelsels als functie van de afstand tot het galactische centrum van die stelsels. Er werd al begin jaren zeventig een discrepantie opgemerkt tussen deze waarnemingen en de voorspellingen die de zwaartekrachtswet van Newton doet over de beweging van de zichtbare massa. Met de aanwezigheid van onzichtbare donkere materie zou die discrepantie verklaard kunnen worden. Er zou een grote bolvormige halo van donkere materie rondom het zichtbare deel van de sterrenstelsels hangen en de massa daarvan zou er voor zorgen dat de rotatiecurve vlak blijft, zoals te zien aan het voorbeeld van M33 hierboven. Maar ja, de hypothetische halo heeft ook een begrenzing en daarna zal de rotatiecurve toch afnemen omdat er minder massa en daarmee minder zwaartekracht is.

Credit: Mistele, Lelli, & McGaugh 2024.

Wat blijkt nu echter uit onderzoek gedaan door Tobias Mistele (Department of Astronomy at Case Western Reserve, VS) met behulp van de KiDS survey uit Leiden: dat de rotatiecurven oneindig lang vlak blijven! Hij heeft gebruik gemaakt van zwaartekrachtlenzen en die laten zien dat zelfs miljoenen lichtjaren voorbij de sterrenstelsels hun krommen vlak zijn en vlak blijven. Dan zou je kunnen denken dat de invloed van donkere materie nog verder reikt dan we dachten, maar het zou ook kunnen betekenen dat donkere materie helemaal niet bestaat. En da’s precies hetgeen MOND zegt, de alternatieve zwaartekrachttheorie van Mordehai Milgrom uit 1983. MOND (Modified Newtonian Dynamics) zegt dat Newton’s theorie niet correct is, dat er in een gebieden met een zeer lage versnelling een sterkere zwaartekracht is dan Newton voorspelt. Met zijn onderzoek aan zwaartekrachtlenzen heeft Mistele de zogeheten Tully–Fisher relatie van sterrenstelsels bekeken, de relatie tussen dezichtbare massa en de snelheid waarmee de materie roteert om het centrum van het stelsel. De resultaten daarvan zie je in de grafiek hierboven. Dat die relatie er is dat is al lang bekend, alleen was de vraag hoe lang die relatie in stand blijft. Nu blijkt dat die relatie miljoenen lichtjaren doorgaat. Dat betekent dat de halo’s van donkere materie veel groter zijn dan gedacht óf dat de zwaartekracht toch anders werkt dan Newton dacht. In het geval van MOND kan de rotatiecurve oneindig lang vlak blijven dankzij het zogeheten external field effect, waarbij ook de zwaartekracht van materie in de rest van het heelal van invloed is.

Meer over de oneindig lange vlakke rotatiecurves vind je in het vakartikel van Tobias Mistele et al, Indefinitely Flat Circular Velocities and the Baryonic Tully-Fisher Relation from Weak LensingarXiv (2024).

Bron: Phys.org + Triton Station.

Share

Speak Your Mind

*