Immagine radio dell’idrogeno gassoso neutro nella galassia AGC 114905. La sua inclinazione è stimata da un’ellisse nera, che si adatta meglio ai dati. Supponendo che la galassia sia circolare se vista frontalmente, ciò significa che ha un’inclinazione moderata di 32 gradi. Tuttavia, il nuovo studio suggerisce che un’ellisse blu di inclinazione molto bassa potrebbe effettivamente essere vera – salvando così la teoria MOND – se la galassia fosse intrinsecamente alquanto non circolare. Gli autori dimostrano che ciò è possibile utilizzando una simulazione MOND personalizzata. Credito: Figura 7 da Mancera-Pina et al. 2022 (MNRAS, 512, 3230)

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

Guidata dal Dr. Indranil Banik della University of St Andrews School of Physics and Astronomy, la ricerca ha rivelato l’elevata velocità di rotazione prevista del gas in galassia nana In accordo con la teoria precedentemente sfatata nota come Milgromian Dynamics (MOND).

Un precedente studio sulla velocità di rotazione del gas nella galassia nana AGC 114905 (Mancera Pena et al., 2022) ha scoperto che il gas ruota molto lentamente e ha quindi affermato che la teoria MOND è morta.

Tali teorie sono essenziali per comprendere il nostro universo perché, secondo la fisica nota, le galassie ruotano così velocemente che devono divergere l’una dall’altra. MOND è un’alternativa controversa alla relatività generale, la comprensione dominante di ispirazione einsteiniana del fenomeno della gravitazione. Tuttavia, la relatività generale richiede che la materia oscura tenga insieme le galassie, mentre MOND no materia oscura.

Dal momento che la materia oscura non è mai stata scoperta nonostante decenni di ricerche altamente sensibili, sono state avanzate varie teorie per spiegare cosa lega insieme le galassie. Il dibattito infuria sulla teoria corretta. La velocità di rotazione estremamente bassa riportata nello studio di Mancera Pina et al è contraria alle aspettative in un mondo governato dalla relatività generale con grandi quantità di materia oscura.

Il gruppo del Dr. Banek sostiene che l’elevata velocità di rotazione prevista nella teoria gravitazionale di MOND è coerente con le osservazioni se l’inclinazione galassia Esagerato.

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 frontalmente, orbiterà principalmente all’interno del piano del cielo. Ciò potrebbe indurre gli osservatori a pensare che la galassia ruoti molto lentamente, il che richiederebbe loro di sovrastimare l’inclinazione tra il cilindro e i piani del cielo. Questa inclinazione è stata stimata da come appare la galassia ellittica (vedi immagine).

Il nuovo studio ha esplorato questo problema cruciale utilizzando una simulazione MOND dettagliata di una galassia simile a un disco AGC 114905 Realizzato all’Università di Bonn da Srikanth Nagesh e su iniziativa di Pavel Kroupa, Professore all’Università di Bonn e all’Università Carlo di Praga. Le simulazioni mostrano che può apparire in qualche modo ellittico anche se visto frontalmente. Questo perché le stelle e i gas nella galassia hanno gravità e possono assumere una forma alquanto non circolare. Un processo simile fa apparire le braccia a spirale nelle galassie a disco, caratteristiche così comuni che queste sono spesso chiamate galassie a spirale.

Di conseguenza, la galassia potrebbe essere più vicina allo scontro di quanto pensino gli osservatori. Ciò potrebbe significare che la galassia sta ruotando molto più velocemente di quanto riportato, rimuovendo la tensione con MOND.

Il Dr. Banek, autore principale del nuovo studio, ha dichiarato: “Le nostre simulazioni mostrano che l’inclinazione di AGC 114905 potrebbe essere molto inferiore a quanto riportato, il che significa che la galassia sta infatti ruotando molto più velocemente di quanto si pensi, in linea con con le previsioni MOND.”

Il dottor Hongsheng Zhao, della School of Physics and Astronomy dell’Università di St Andrews, ha dichiarato: “La velocità di rotazione estremamente bassa riportata di questa galassia è incompatibile sia con MOND che con l’approccio standard con la materia oscura. Ma solo MOND è in grado di superare questo problema apparente contraddizione».

Il nuovo studio sostiene inoltre che è improbabile che un simile effetto di “pseudo-inclinazione” appaia nell’approccio standard della materia oscura perché la galassia è dominata da un alone di materia oscura liscia. Stelle e gas contribuiscono minimamente alla gravità, quindi il disco non è “autogravitante”.

Ciò significa che sembrerebbe molto circolare se visto frontalmente, come confermato dalle simulazioni di un altro gruppo (Selwood e Sanders, 2022). Di conseguenza, l’ellissoide osservato deve essere dovuto a un’inclinazione significativa tra il disco e il livello del cielo. La velocità di rotazione sarà quindi molto piccola, il che significa che la galassia ha pochissima materia oscura. Non è possibile in questo ambiente che una galassia nana isolata contenga una piccola quantità di materia oscura data la sua massa in stelle e gas.

Pavel Krupa, professore all’Università di Bonn e all’Università Carlo di Praga, ha detto del contesto più ampio di questi risultati: “Sebbene MOND funzioni bene nei test eseguiti fino ad oggi, l’approccio standard causa problemi molto seri su tutte le scale che vanno dal nano galassie come AGC 114905 fino a scale cosmiche, come trovato da molti team indipendenti”.

Riferimento: “The Exaggerated Inclinations of Milgromian Disc Galaxies: The Case of the Ultra-widening Galaxy AGC 114905” di Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19 aprile 2022, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073