Teori gravitasi alternatif yang kontroversial dihidupkan kembali dengan sentuhan baru pada rotasi galaksi

Sekelompok astronom internasional, yang dipimpin oleh seorang fisikawan dari Universitas St Andrews, telah menghidupkan kembali teori gravitasi alternatif.

Di bawah arahan dr. Indranil Banik dari Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas St Andrews, penelitian ini menghasilkan prediksi kecepatan rotasi gas yang tinggi dalam galaksi kerdil konsisten dengan teori yang sebelumnya dibantah yang dikenal sebagai Milgromian Dynamics (MOND).

Sebuah studi sebelumnya tentang kecepatan rotasi gas di galaksi kerdil AGC 114905 (Mancera Pina dkk., 2022) menemukan bahwa gas berputar sangat lambat, dan dengan demikian mengklaim teori BULAN sudah mati.

Teori-teori seperti itu penting untuk memahami alam semesta kita, karena fisika yang diketahui mengatakan bahwa galaksi-galaksi berotasi sangat cepat sehingga mereka harus terbang terpisah. MOON adalah alternatif kontroversial untuk Relativitas Umum, pemahaman dominan yang diilhami Einstein tentang fenomena gravitasi. Namun, Relativitas Umum membutuhkan materi gelap untuk menyatukan galaksi, sedangkan BULAN tidak Materi gelap.

Karena materi gelap tidak pernah ditemukan meskipun pencarian sangat sensitif selama beberapa dekade, berbagai teori telah diajukan untuk menjelaskan secara alternatif apa yang menyatukan galaksi. Ada perdebatan mengenai teori mana yang benar. Dalam studi oleh Mancera Pina et al. Laju putaran sangat rendah yang dilaporkan bertentangan dengan prediksi di alam semesta yang didominasi relativitas umum dengan sejumlah besar materi gelap.

dr Kelompok Banik berpendapat bahwa prediksi laju rotasi tinggi dalam teori gravitasi BULAN konsisten dengan pengamatan ketika kemiringan galaksi dinilai berlebihan.

Rotasi bintang dan gas di galaksi jauh tidak dapat diukur secara langsung. Hanya komponen sepanjang garis pandang yang diketahui dari pengukuran spektroskopi yang tepat. Ketika galaksi dilihat hampir secara langsung, ia akan berotasi terutama di dalam bidang langit. Ini bisa membuat pengamat percaya bahwa galaksi sebenarnya berputar sangat lambat, menyebabkan mereka melebih-lebihkan kemiringan antara piringan dan bidang langit. Kemiringan ini diperkirakan dari bentuk galaksi yang elips (lihat gambar).

Studi baru mengeksplorasi masalah penting ini menggunakan simulasi MOND terperinci dari galaksi disk yang mirip dengan AGC 114905 di Universitas Bonn oleh Srikanth Nagesh dan terinspirasi oleh Pavel Kroupa, Profesor di Universitas Bonn dan Universitas Charles di Praha. Simulasi menunjukkan bahwa itu dapat tampak agak elips bahkan ketika dilihat secara langsung. Ini karena bintang dan gas di galaksi memiliki gravitasi dan dapat menarik satu sama lain ke dalam bentuk yang agak tidak melingkar. Proses serupa menyebabkan lengan spiral di galaksi piringan, fitur yang sangat umum sehingga sering disebut sebagai galaksi spiral.

Akibatnya, galaksi bisa lebih dekat ke depan daripada yang diperkirakan pengamat. Ini bisa berarti galaksi berputar lebih cepat dari yang dilaporkan, menghilangkan ketegangan dengan BULAN.

dr Banik, penulis utama studi baru, mengatakan: “Simulasi kami menunjukkan bahwa kemiringan AGC 114905 dapat secara signifikan lebih rendah dari yang dilaporkan, yang berarti galaksi sebenarnya berputar jauh lebih cepat daripada yang diperkirakan orang, sesuai dengan harapan BULAN. ”

dr Hongsheng Zhao dari Sekolah Fisika dan Astronomi di Universitas St Andrews mengatakan: “Kecepatan rotasi yang sangat rendah dari galaksi ini tidak konsisten dengan BULAN dan pendekatan standar untuk materi gelap. Tetapi hanya MOND yang dapat menghindari kontradiksi yang nyata ini.”

Studi baru juga berpendapat bahwa efek “miring palsu” serupa tidak mungkin terjadi dengan pendekatan materi gelap standar, karena galaksi didominasi oleh halo materi gelap halus. Bintang-bintang dan gas berkontribusi sedikit terhadap gravitasi, jadi piringan itu bukan “gravitasi sendiri”.

Ini berarti kemungkinan terlihat sangat melingkar jika dilihat dari depan, sebagaimana dikonfirmasi oleh simulasi yang dilakukan oleh kelompok lain (Sellwood & Sanders, 2022). Akibatnya, eliptisitas yang diamati harus disebabkan oleh kemiringan yang signifikan antara piringan dan bidang langit. Kecepatan rotasi akan menjadi sangat kecil, yang berarti bahwa galaksi memiliki materi gelap yang sangat sedikit. Dalam kerangka ini, tidak mungkin sebuah galaksi kerdil yang terisolasi memiliki materi gelap dalam jumlah yang begitu kecil mengingat berapa banyak massa yang dimilikinya dalam bintang dan gas.

Mengomentari konteks yang lebih luas dari hasil ini, Pavel Kroupa, Profesor di Universitas Bonn dan Universitas Charles di Praha, mengatakan: “Meskipun MOND bekerja dengan baik dalam pengujian yang dilakukan sejauh ini, pendekatan standar menyebabkan masalah yang sangat serius di semua skala, mulai dari dengan galaksi kerdil seperti AGC 114905 hingga skala kosmologis yang ditemukan oleh banyak tim independen.”

Referensi: “Kemiringan galaksi Milgromian Disc: kasus galaksi ultradiffuse AGC 114905” oleh Indranil Banik, Srikanth T. Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa dan Hongsheng Zhao, 19 April 2022, Buletin Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073