Kosmologi
Dark Matter

Ny gravitasjonsteori forkaster mørk materie

2006-01-25
En ny teori kan forklare galaksenes rotasjon, romsonden Pioneer 10s mystiske avvik i posisjon og mere til.
Artikkelen er skrevet av Robert Græsdal.
En ny teori, STVG (Scalar-tensor-vector gravity), kan forklare flere observasjoner som astronomer har spekulert over i en årrekke. En av disse er Pioneer 10 sin kurs som nå er over 400.000km borte fra sin forventede posisjon, litt mer enn gjennomsnittsavstanden fra jorden til månen.

STVG klarer seg uten mørk materie og kan forklare galakser og galaksesamlinger, en begrensning som MOND (Modifisert Newtoniansk Dynamikk), en annen alternativ gravitasjonsteori, slet med. Kritikere påpeker likevel at teorien enda ikke har forklart den mest kritiske testen, bakgrunnsstrålingen etter big bang.

Forskere vet fremdeles ikke hva mørk materie egentlig er og prøver å finne teorier for å kunne forklare observasjonene. For eksempel foreslo MOND at det finnes to former for gravitasjon. Over en viss akselerasjon avtar kraften eksponensialt slik som klassisk gravitasjonsteori, mens under dette punktet avtar kraften lineært med distansen.

STVG kombinerer kvanteeffekter med Einsteins generelle relativitetsteori og sier at kvantefluktuasjoner kan påvirke kraften mellom to interakterende objekter. I dette tilfellet oppstår en hypotetisk partikkel kalt et graviton, som formidler gravitasjon, i stort antall ut av det tomme rom i regioner med massive objekter, som for eksempel stjerner. "Det er som om gravitasjonen er sterkere" nær senteret av galakser sa Brownstein til New Scientist. "Så, ved en gitt distanse blir stjernene så spredt at gravitonene ikke bidrar så mye".

Tester av teorien viser at mens den kunne forklare halvparten av de 106 galaksesamlingene, kunne ikke MOND forklare noen av dem. Både MOND og STVG kunne forklare rotasjonen i 101 observerte galakser, og ingen av de to teoriene trengte mørk materie for å forklare disse observasjonene.

Videre testing viste også at teorien stemte med Pioneer 10 sin posisjon, noe MOND ikke kunne siden Pioneer sin akselerasjon er over grensen der MOND avviker fra den klassiske teorien.
Galakse av mørk materie
Astronomer har funnet det de tror er en hel galakse av mørk materie, men fortsatt aner vi ikke hva mørk materie er. (Arecibo Observatory / Cardiff University / Westerbork Synthesis Radio Telescope.)
(Bildet er hentet fra artikkelen Galakse av mørk materie?)

"Ved tre forskjellige avstandsskalaer ser vi at svarene stemmer overens med eksperimenter," sier Brownstein. Men disse eksperimentene er "ikke hva de fleste kosmologister ville tenkt på først dersom de skulle teste en ny gravitasjonsteori", sier Sean Carrol, en kosmologist ved University of Chicago i Illinois.

Enhver teori må også kunne forklare utviklingen av storskalastrukturer i universet (sammenhengen mellom stjerner i galakser i galaksegrupper i supergalaksegrupper!), og viktigst av alle er den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMBR) etter big bang.

"Mørk materie modellen er ikke perfekt, men den ga en svært spesifikk fotutsigelse for bakgrunnsstrålingen som ser ut til å stemme, og den stemmer med galakser og galaksesamlinger samt storskalastrukturer og gravitasjonslinser," forklarte Carroll til New Scientist. "Ingen ville være gladere enn meg dersom det viste seg å være modifisert gravitasjon i stedet for mørk materie, men det blir vanskeligere og vanskeligere å gå med på den muligheten."

Brownstein sier at de foreløpig tester deres teori mot studier om bakgrunnsstrålingen. Sist gang noen forsøkte å finne en alternativ løsning til mørk materie gikk det ikke så bra. Grenseverdiene i en sentral ligning var feil definert som førte til at de ikke klarte å kvitte seg med mørk materie, den tok bare en annen geometrisk form.