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Relancer la théorie controversée de la gravité alternative avec un nouveau spin dans la rotation galactique

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Image radio de l’hydrogène gazeux neutre dans la galaxie AGC 114905. Son inclinaison est estimée par une ellipse noire, qui correspond le mieux aux données. En supposant que la galaxie est circulaire vue de face, cela signifie qu’elle a une inclinaison modérée de 32 degrés. Cependant, la nouvelle étude suggère qu’une ellipse bleue d’une très faible inclinaison pourrait en effet être vraie – sauvant ainsi la théorie MOND – si la galaxie est intrinsèquement quelque peu non circulaire. Les auteurs démontrent que cela est possible en utilisant une simulation MOND personnalisée. Crédit : Figure 7 de Mancera-Pina et al. 2022 (MNRAS, 512, 3230)

Un groupe international d’astronomes, dirigé par un physicien de l’Université de St Andrews, a relancé une théorie alternative de la gravité.

Dirigée par le Dr Indranil Banik de l’école de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, la recherche a révélé la vitesse de rotation élevée attendue du gaz dans galaxie naine Conformément à la théorie précédemment démystifiée connue sous le nom de Milgromian Dynamics (MOND).

Une précédente étude de la vitesse de rotation du gaz dans la galaxie naine AGC 114905 (Mancera Pena et al., 2022) a constaté que le gaz tourne très lentement et a donc affirmé que la théorie MOND était morte.

De telles théories sont essentielles pour comprendre notre univers car, selon la physique connue, les galaxies tournent si vite qu’elles doivent diverger les unes des autres. MOND est une alternative controversée à la relativité générale, la compréhension dominante d’inspiration einsteinienne du phénomène de la gravitation. Cependant, la relativité générale nécessite de la matière noire pour maintenir les galaxies ensemble, alors que MOND ne le fait pas. matière noire.

Étant donné que la matière noire n’a jamais été découverte malgré des décennies de recherches très sensibles, diverses théories ont été avancées pour expliquer ce qui lie les galaxies entre elles. Le débat fait rage sur la théorie correcte. La vitesse de rotation extrêmement faible rapportée dans l’étude de Mancera Pina et al va à l’encontre des attentes dans un monde régi par la relativité générale avec de grandes quantités de matière noire.

Le groupe du Dr Banek soutient que la vitesse de rotation élevée prédite dans la théorie gravitationnelle de MOND est cohérente avec les observations si l’inclinaison galaxie Exagérée.

La rotation des étoiles et du gaz dans les galaxies lointaines ne peut pas être mesurée directement. Seule la composante le long de la ligne de visée est connue par des mesures spectroscopiques précises. Si la galaxie est vue presque de face, elle orbitera principalement dans le plan du ciel. Cela pourrait induire les observateurs en erreur en leur faisant croire que la galaxie tourne très lentement, ce qui les obligerait à surestimer l’inclinaison entre le cylindre et les plans du ciel. Cette inclinaison a été estimée à partir de l’apparence de la galaxie elliptique (voir image).

La nouvelle étude a exploré cette question cruciale en utilisant une simulation MOND détaillée d’une galaxie à disque similaire AGC 114905 Réalisé à l’Université de Bonn par Srikanth Nagesh et à l’instigation de Pavel Kroupa, Professeur à l’Université de Bonn et à l’Université Charles de Prague. Les simulations montrent qu’il peut sembler quelque peu elliptique même vu de face. C’est parce que les étoiles et les gaz de la galaxie ont une gravité et peuvent prendre une forme quelque peu non circulaire. Un processus similaire fait apparaître des bras spiraux dans les galaxies à disque, des caractéristiques si courantes qu’elles sont souvent appelées galaxies spirales.

En conséquence, la galaxie pourrait être plus proche de la confrontation que ne le pensent les observateurs. Cela pourrait signifier que la galaxie tourne beaucoup plus vite que ce qui a été rapporté, supprimant la tension avec MOND.

Le Dr Banek, auteur principal de la nouvelle étude, a déclaré: « Nos simulations montrent que l’inclinaison d’AGC 114905 peut être bien inférieure à ce qui a été rapporté, ce qui signifie que la galaxie tourne en fait beaucoup plus vite que les gens ne le pensent, en ligne avec les prédictions MOND. »

Le Dr Hongsheng Zhao, de l’école de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, a déclaré: « La vitesse de rotation extrêmement faible signalée de cette galaxie est incompatible à la fois avec MOND et l’approche standard avec la matière noire. Mais seul MOND est capable de surmonter cela contradiction apparente. »

La nouvelle étude soutient également qu’il est peu probable qu’un effet similaire de « pseudo-inclinaison » apparaisse dans l’approche standard de la matière noire, car la galaxie est dominée par un halo de matière noire lisse. Les étoiles et les gaz contribuent de manière minimale à la gravité, de sorte que le disque n’est pas « auto-gravitant ».

Cela signifie qu’il semblerait probablement très circulaire s’il était vu de face, comme le confirment les simulations d’un autre groupe (Selwood et Sanders, 2022). En conséquence, l’ellipsoïde observé doit être dû à une inclinaison importante entre le disque et les niveaux du ciel. La vitesse de rotation sera alors très faible, ce qui signifie que la galaxie possède très peu de matière noire. Il n’est pas possible dans ce cadre qu’une galaxie naine isolée contienne une petite quantité de matière noire compte tenu de sa masse en étoiles et en gaz.

Pavel Krupa, professeur à l’Université de Bonn et à l’Université Charles de Prague, a déclaré à propos du contexte plus large de ces découvertes : « Alors que MOND fonctionne bien dans les tests effectués à ce jour, l’approche standard pose de très graves problèmes à toutes les échelles, allant du nain des galaxies comme AGC 114905 jusqu’à des échelles cosmiques, comme l’ont découvert de nombreuses équipes indépendantes.

Référence : « Les inclinaisons exagérées des galaxies de disques milgromiens : le cas de la galaxie ultra-élargissante AGC 114905 » Par Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19 avril 2022, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stac1073

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