对星系旋转的新认识挽救了有争议的引力理论

这项由圣安德鲁斯物理与天文学院的 Indranil Banik 博士领导的研究发现，矮星系中气体的预测旋转速率很高，这与之前被驳斥的米尔格洛米动力学 (MOND) 理论一致. 早期对矮星系 AGC 114905 中气体旋转速度的研究表明，气体旋转非常缓慢，并宣告 MOND 理论死亡。

这样的理论对于理解我们的宇宙是必要的，因为根据已知的物理学，星系旋转得如此之快以至于它们应该被吹散。 MOND，一个有争议的替代方案 广义相对论 – 受爱因斯坦启发对引力的理解，需要暗物质将星系保持在一起 – 不需要暗物质。 由于暗物质从未被发现，尽管经过数十年的艰苦探索，人们提出了各种理论来解释是什么将星系聚集在一起，并且争论着哪一个是正确的。 Mancera Pina 等人在研究中报告的极低自转率与对广义相对论支配的具有大量暗物质的宇宙的预测不一致。

Banik 博士的团队表示，如果星系的倾角过高，MOND 引力理论预测的高旋转率与观测结果一致。

无法直接测量遥远星系中恒星和气体的旋转。 通过精确的光谱测量，只能知道沿着视线的成分。 如果你几乎面对面地观察这个星系，它主要会在天空平面内旋转。 这可能会误导观察者认为星系实际上旋转得非常缓慢，需要他们高估圆盘与天空平面之间的倾角。 这种估计星系看起来有多椭圆的方法。

这项新研究使用类似于 AGC 114905 的圆盘星系的详细 MOND 模拟来探索这个重要问题，该模拟由 Srikanth Nagesh 和波恩大学和布拉格查尔斯大学教授 Pavel Krupa 在波恩大学进行。 模拟显示它可能看起来有些椭圆形，即使正面看也是如此。 这是因为星系中的恒星和气体具有引力，可以被拉成有点非圆形的形状。 类似的过程会在盘状星系中产生旋臂，这种旋臂非常常见，因此通常被称为旋涡星系。

因此，银河系离观察者的距离可能比观察者想象的要近得多。 这可能意味着该星系的旋转速度比报道的要快得多，从而减轻了 MOND 的负担。

新研究的主要作者巴尼克博士说：“我们的模拟表明，AGC 114905 的倾斜度可能比报道的要小得多，这意味着该星系的旋转速度实际上比人们根据 MOND 预期认为的要快得多。” 圣安德鲁斯大学物理与天文学院的赵宏生博士说：“这个星系记录的非常低的旋转速率与 MOND 和暗物质的标准方法都不一致。 但只有 MOND 能够绕过这个矛盾。”

这项新研究还认为，在标准暗物质方法下不太可能发生类似的“假倾斜”效应，因为该星系由光滑的暗物质晕主导。 恒星和气体对引力的影响很小，因此磁盘不是“自引力”。

这意味着当直接观察时，它可能会显得非常圆，这一点得到了另一个小组进行的模拟的支持。 因此，观察到的椭圆率一定是由于圆盘和天空平面之间的显着倾斜造成的。 在这种情况下，自转速度会很低，这意味着星系中几乎没有暗物质。 按照这种观点，一个孤立的矮星系不可能有如此少量的暗物质，因为它以恒星和气体的形式存在的质量有多大。

布拉格波恩大学和查尔斯大学教授 Pavlo Krupa 谈到这些结果的更广泛背景时说：“尽管 MOND 在进行的测试中表现良好，但标准方法会在所有尺度上造成非常严重的问题，从矮星系像 AGC 114905 到许多独立团体发现的宇宙尺度”。

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