これらの物理学者は新しい重力理論を好みます

暗黒物質は、銀河の遠端にある星がニュートンの予測よりもはるかに速く動くことができる理由を説明するために提案されました。 別の重力理論がより良い説明かもしれません。

ニュートンの物理法則を使用して、太陽系の惑星の運動を完全な精度でモデル化できます。 しかし、1970年代初頭、科学者は次のことを発見しました。 これは彼にはうまくいきませんでした 円盤銀河 中心にあるすべての物質の重力から離れた外縁の星は、ニュートンの理論が予測したよりもはるかに速く動いていました。

その結果、物理学者は「暗黒物質「それは追加の引力を提供し、星を加速させていました。これは広く受け入れられるようになった理論です。しかし、 最後のレビュー 私の同僚と私は、広範囲のスケールにわたる観測が、ミルグロミアンダイナミクスまたは モンド -目に見えない素材は必要ありません。 これは、1982年にイスラエルの物理学者MordechaiMilgromによって最初に提案されました。

モンドの基本的な仮定は、重力が銀河の端の近くでそうであるように弱くなりすぎると、ニュートン物理学とは異なる振る舞いを始めるというものです。 このように、それは可能です 説明 150を超える銀河の周辺にある星、惑星、ガスが、目に見える質量だけに基づいて予想よりも速く回転している理由。 しかし、モンドは 説明 回転曲線のように、多くの場合、 予想 彼ら。

科学の哲学者 口論 この予測力により、モンドは標準的な宇宙論的モデルよりも優れています。これは、宇宙には可視物質よりも暗黒物質が多いことを示唆しています。 これは、このモデルによれば、銀河には非常に不確実な量の暗黒物質が含まれているためです。これは、銀河がどのように形成されたかの詳細に依存します。 これにより、銀河の回転速度を予測することができなくなります。 しかし、そのような予測はMondで日常的に行われており、これまでに確認されています。

銀河内の目に見える質量の分布はわかっているが、その回転速度はまだわかっていないことを想像してみてください。 標準的な宇宙論的モデルでは、郊外での回転速度は100 km/sから300km/sの間であるとある程度の自信を持って言うことしかできません。 Mondは、回転速度が180〜190 km/sの範囲にあるべきであるというより具体的な予測を示しています。

後の観測で188km/ sの回転速度が明らかになった場合、これは両方の理論と一致しますが、Mondが明らかにお気に入りです。 これは最近のバージョンです オッカムのかみそり -最も単純なソリューションは、より複雑なソリューションよりも優れています。この場合、「自由パラメーター」の数をできるだけ少なくしてメモを説明する必要があります。 自由パラメーターは定数です-それらを機能させるために方程式に入力しなければならない特定の数。 しかし、理論自体はそれらを与えませんでした-特定の値が存在する理由はありません-それで私たちは観察によってそれを測定しなければなりません。 例として、ニュートンの重力理論またはマグニチュードにおける重力定数Gがあります。 暗黒物質 標準宇宙モデル内の銀河で。

「理論的弾性」と呼ばれる概念を導入して、最も自由なパラメーターを持つ理論がより広範囲のデータと一致し、より複雑になるというOccamのコードの背後にある考え方を捉えました。 私たちのレビューでは、銀河の回転や銀河団内の動きなど、さまざまな天文観測に対して標準およびモンド宇宙論モデルをテストするときにこの概念を使用しました。

毎回、-2から+2の間の理論的弾性スコアを与えました。 スコア-2は、モデルがデータを見ずに明確で正確な予測を行っていることを示します。 逆に、+ 2は「何​​でもあり」を表します。理論家は、ほぼすべての合理的な観測結果に適合している可能性があります（自由パラメーターが非常に多いため）。 また、各モデルが観測値にどの程度適合しているかを評価しました。ここで、+ 2は優れた適合度を示し、-2は理論が誤りであることを明確に示す観測値用に予約されています。 次に、観測値との一致の程度から理論上の柔軟性の程度を差し引きます。これは、データを適切に一致させることは良いことですが、何にでも適合できることは悪いことです。

優れた理論は、後で確認される明確な予測を行い、多くの異なるテストで+4の合計スコアがより良いでしょう（+2-（-2）= +4）。 悪い理論では、0から-4の間のスコアが得られます（-2-（+ 2）= -4）。 この場合、正確な予測が失敗する可能性があり、間違った物理学で機能する可能性は低くなります。

標準宇宙モデルの平均スコアは32回のテストで-0.25でしたが、Mondは29回のテストで平均スコア+1.69を達成しました。 多くの異なるテストでの各理論のスコアは、標準およびモンド宇宙論モデルについて、それぞれ以下の図1および2に示されています。

図1。 データが理論にどの程度適合しているか（ボトムアップ最適化）、および適合の柔軟性（左から右への高さ）に基づいて、標準の宇宙モデルを観測値と比較します。 そのデータは自由パラメーターを設定するために使用されたため、白丸は評価では考慮されていません。 レビューの表3から転載。 クレジット：Arxiv

図2。 図1と同様ですが、重力によってのみ相互作用する仮想粒子を持つMondの場合、それらはステライルニュートリノと呼ばれます。 明らかな偽造はないことに注意してください。 レビューの表4から転載。 クレジット：Arxiv

Mondに重大な問題が特定されていないことはすぐにわかります。これは、少なくともすべてのデータと合理的に一致しています（図2では、改ざんを示す下の2行が空白になっていることに注意してください）。

暗黒物質の問題

標準宇宙モデルの最も顕著な失敗の1つは、渦巻銀河が中央領域によく見られる「棒状銀河」（星でできた明るい棒状の領域）に関係しています（メイン画像を参照）。 バーは時間とともに回転します。 銀河が暗黒物質の巨大なハローに埋め込まれている場合、それらのロッドは遅くなります。 ただし、すべてではないにしても、観測された銀河バンドのほとんどは高速です。 これは 偽 信頼性の高い標準的な宇宙論モデル。

もう一つの問題は オリジナルモデル 提案された銀河が暗黒物質ハローを持っているということは大きな間違いを犯しました-彼らは暗黒物質粒子がそれらの周りの物質に重力を提供すると仮定しましたが、通常の物質の引力の影響を受けません。 これは計算を単純化しますが、現実を反映していません。 これが考慮されたとき その後のシミュレーション 銀河の周りの暗黒物質ハローがそれらの特性を確実に説明していないことは明らかでした。

私たちがレビューで調べた標準宇宙モデルには他にも多くの失敗があり、モンドはしばしばそれを行うことができました 自然に説明 ノート。 ただし、標準宇宙モデルが非常に人気がある理由は、計算エラーまたはその失敗に関する知識が限られているためである可能性があり、その一部は最近発見されました。 それはまた、物理学の他の多くの分野で非常に成功している重力の理論を修正することに人々が気が進まないためかもしれません。

私たちの研究における標準宇宙論モデルに対するモンドの大きなリードは、利用可能な観測がモンドを強く支持していると結論付けました。 私たちはモンドが完璧であるとは主張していませんが、それでも全体像を修正すると考えています-銀河は本当に暗黒物質を欠いています。

セントアンドリュース大学天体物理学博士研究員、インドラニルバニクによって書かれました。

この記事は最初に公開されました 会話。

参照：「銀河ロッドからハッブル張力へ：メルグロミアン重力の天体物理学的証拠の計量
インドラニル・バニクとホンシェン・ジャオ著、2022年6月27日ここで入手可能 対称。
DOI：10.3390 / sym14071331