Nie ma ciemnej materii?

Rotacja galaktyk ma być głównym dowodem na istnienie ciemnej materii - tajemniczej, hipotetycznej jej formy, która nie emituje i nie odbija promieniowania elektromagnetycznego i stanowi nieco ponad 20% naszego Wszechświata. Pewien włoski matematyk stworzył jednak ostatnio wzór, według którego rotacja galaktyk może zachodzić bez żadnego jej udziału. Czyżby więc ciemna materia nie istniała?

Gwiazdy znajdujące się w zewnętrznej części galaktyk obracają się zazwyczaj na dysku galaktycznym tak szybko, że zgodnie z regułami fizyki powinny one odlecieć w przestrzeń - chyba że istnieje dodatkowa, niewidzialna masa we Wszechświecie, która grawitacyjnie trzyma je na ich orbitach.

Problem ten można łatwo wyjaśnić na przykładzie naszego Układu Słonecznego. Merkury obraca się wokół Słońca z prędkością orbitalną 48 kilometrów na sekundę, podczas gdy Neptun - "zaledwie" 5 kilometrów na sekundę. Tak więc odległość planety od Słońca jest funkcją jego prędkości orbitalnej. Hipotetycznie jeśli masa Słońca uległa by zmniejszeniu, obecna, dość niska prędkość orbitalna Neptuna spowodowałaby, że "wyskoczyłby" on ze swojej orbity w przestrzeń kosmiczną.

Fizyka całej Drogi Mlecznej różni się jednak dość mocno od fizyki naszego Układu Słonecznego ze względu na zupełnie inny rozkład masy.

Jeśli jednak założymy podobny związek między masą naszej galaktyki i prędkością orbitalną zewnętrznych gwiazd to wyjdzie na to, że widzialne obiekty w Drodze Mlecznej mają zaledwie 10-20% masy wymaganej aby utrzymać orbitalną prędkość gwiazd w zewnętrznej części dysku galaktycznego. Stąd wzięło się założenie kosmologów o tym, że resztę masy galaktyki musi tworzyć niewidzialna ciemna materia.

Na poniższym wykresie na biało macie zaznaczone faktyczne prędkości orbitalne zewnętrznych gwiazd w galaktyce Andromedy, na czerwono zaś prędkości wynikające z obliczonej masy widzialnej materii w tej galaktyce. Z tej widocznej różnicy wynika założenie, że 80% jej masy stanowi ciemna materia.

Ostatnio włoski matematyk Andrea Carati wpadł na inny pomysł - według niego linie powstające w wyniku rotacji galaktyk mogą zostać wyjaśnione przez grawitacyjny wpływ zwykłej materii, która znajduje się dużo dalej - poza granicą galaktyki.

Umieszczenie dużej masy na zewnątrz galaktyki mogło rozszerzyć nieco orbitę gwiazd, lecz ciężko zrozumieć jak mogłoby to wpłynąć na zwiększenie ich prędkości orbitalnej. Większa orbita powinna spowodować to, że gwiazdy generalnie potrzebowałyby więcej czasu na okrążenie centrum galaktyki. Jednak nie dzieje się tak - potrzebują one go tyle samo co gwiazdy znajdujące się w jej samym grawitacyjnym centrum.

Obliczenia Caratiego opierają się tu na równaniu pola Einsteina, które jest dość problematyczne z tego względu, że zawiera stałą kosmologiczną, która zakładała stały rozmiar Wszechświata (który jak wiemy doskonale - rozszerza się). Dlatego raczej wymagają one dokładniejszego przejrzenia.

Źródła: ,