• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy badający karłowatą galaktykę satelitarną mówią: Może Newton się mylił

    07.05.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Dwa nowe projekty badawcze prowadzone przez naukowców z Niemiec, Austrii i Australii stawiają pod znakiem zapytania nasze rozumienie fizyki rządzącej ciążeniem. Odkrycia, o których napisano w czasopismach Astrophysical Journal oraz Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, opierają się na badaniu karłowatych galaktyk satelitarnych lub mniejszych galaktyk znajdujących się "u wybrzeży" naszej ogromnej, spiralnej Drogi Mlecznej.

    Klasyczna teoria grawitacji Newtona, opublikowana w 1687 r., doskonale się sprawdza w wyjaśnianiu skutków grawitacji na Ziemi, takich jak upadek jabłka z drzewa. "Mimo iż jego teoria opisuje rzeczywiście skutki grawitacji na Ziemi, rzeczy, które możemy zobaczyć i zmierzyć - wyjaśnia profesor Pavel Kroupa z Instytutu Astronomii im. Argelandera przy Uniwersytecie w Bonn w Niemczech - nie można wykluczyć, że zupełnie nie pojęliśmy rzeczywistej fizyki stojącej za siłą ciężkości."

    Teoria Newtona jest kwestionowana przez wielu współczesnych kosmologów, których rywalizujące teorie grawitacji dążą do wyjaśnienia wielu rozbieżności między rzeczywistymi pomiarami zjawisk astronomicznych a przewidywaniami opartymi na modelach teoretycznych. Wiele uwagi w ostatnich latach zyskała koncepcja, że to "ciemna materia" może być powodem tych niespójności. Jednakże przeprowadzanie dowodu na jej istnienie jest na etapie początkowym.

    W ramach ostatnich badań profesor Kroupa wraz z kolegami zbadał "karłowate galaktyki satelitarne", których setki istnieją - zgodnie z modelami teoretycznymi - wokół większości głównych galaktyk, w tym Drogi Mlecznej. Przypuszcza się, że niektóre z mniejszych galaktyk mają zaledwie kilka tysięcy gwiazd (dla porównania ocenia się, że Droga Mleczna posiada ich ponad 200 miliardów).

    Niemniej do dnia dzisiejszego zaobserwowano zaledwie 30 karłowatych galaktyk satelitarnych wokół Drogi Mlecznej. Taką rozbieżność przypisuje się powszechnie temu, że galaktyki te mają niewiele gwiazd, co sprawia, że są zbyt ciemne, aby można je było zauważyć z tak dużej odległości. Ich szczegółowe badania przyniosły jednak pewne zaskakujące wyniki.

    "Po pierwsze jest coś nietypowego w ich rozmieszczeniu" - powiedział profesor Kroupa. "Satelity powinny być równomiernie rozłożone wokół galaktyki matki, a my zaobserwowaliśmy co innego."

    Naukowcy stwierdzili, że wszystkie "klasyczne satelity" Drogi Mlecznej (11 najjaśniejszych karłowatych galaktyk) są zlokalizowane mniej więcej w tej samej płaszczyźnie, tworząc rodzaj tarczy. Zauważyli również, że większość z 11 galaktyk obraca się w tym samym kierunku wokół Drogi Mlecznej, w dużej mierze w ten sam sposób, co planety wokół Słońca.

    Fizycy wyjaśniają to zjawisko faktem, że satelity musiały powstać w wyniku kolizji młodszych galaktyk. "Fragmenty powstałe w wyniku takiego zdarzenia mogą tworzyć obracające się karłowate galaktyki" - wyjaśnił dr Manuel Metz, również z Instytutu Astronomii im. Argelandera. Jednak, jak dodał, "teoretyczne obliczenia mówią nam, że utworzone satelity nie mogą zawierać żadnej ciemnej materii".

    Obliczenia przeczą innej obserwacji zespołu. "Zaobserwowane przez nas gwiazdy w satelitach poruszają się znacznie szybciej niż przewiduje prawo grawitacji. Jeżeli klasyczna fizyka sprawdza się, to można to przypisać tylko obecności ciemnej materii" - stwierdził dr Metz.

    Ta zagadka wskazuje, że pewne fundamentalne zasady fizyki mogły być do tej pory nieprawidłowo rozumiane. "Jednym wyjściem byłoby odrzucenie klasycznej teorii grawitacji Newtona" - powiedział profesor Kroupa. "Żyjemy prawdopodobnie we wszechświecie nienewtonowskim. Jeżeli to prawda, to nasze obserwacje można wytłumaczyć bez ciemnej materii."

    Do tej pory teoria grawitacji Newtona została jedynie trzykrotnie zmodyfikowana: aby uwzględnić skutki wysokich prędkości (szczególna teoria względności), bliskość dużych mas (ogólna teoria względności) oraz skale podatomowe (mechanika kwantowa). Obecnie poważne niespójności w danych na temat galaktyk satelitarnych wspierają pogląd, że w kosmosie należy przyjąć "zmodyfikowaną dynamikę newtonowską" (MOND).

    Teoria MOND, zaproponowana po raz pierwszy w 1981 r., modyfikuje drugie prawo dynamiki Newtona, aby wyjaśnić kwestię obracania się galaktyk (fakt, że wszystkie galaktyki obracają się z jednakową prędkością, co przeczy przewidywaniom Newtona, wedle których obiekty będące "dalej na zewnątrz" powinny poruszać się z mniejszymi prędkościami).

    Nowe odkrycia mają dalekosiężne implikacje dla podstaw fizyki oraz teorii kosmologicznych. Zdaniem astrofizyka Boba Sandersa z Uniwersytetu w Groningen w Holandii, "Autorzy artykułu przedstawiają solidny argument. Ich wynik jest całkowicie spójny z oczekiwaniami zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej, ale zupełnie przeciwstawny przewidywaniom hipotezy o ciemnej materii. Rzadko kiedy obserwacje dają tak jednoznaczny wynik."

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Instytut Astronomii im. Argelandera:
    http://www.astro.uni-bonn.de

    Astrophysical Journal:
    http://www.iop.org/EJ/journal/apj

    Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
    http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0035-8711

    Źródło danych: Uniwersytet w Bonn; Astrophysical Journal; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
    Referencje dokumentu: Metz M., et al. (2009) Astrophysical J; DOI: 10.1088/0004-637X/697/1/269 i Metz M., et al. (2009) Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; DOI: 10.1111/j.1365-2966.2009.14489.x.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zmodyfikowana dynamika newtonowska (ang. MOdified Newtonian Dynamics, w skrócie - MOND) - teoria fizyczna, w której zasady dynamiki Newtona zmodyfikowane zostały o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. Została ona zaproponowana w celu wyjaśnienia niezgodności rotacji galaktyk spiralnych z oczekiwaniami na gruncie mechaniki newtonowskiej i tłumaczonej powszechnie jako istnienie ciemnej materii w tych galaktykach. Obłoki Magellana – dwie nieregularne, karłowate galaktyki orbitujące wokół Drogi Mlecznej, należące do Grupy Lokalnej Galaktyk. Fizyka galaktyk – dział astrofizyki zajmujący się opisem galaktyk z fizycznego punktu widzenia. Fizyka galaktyk bada i opisuje procesy fizyczne w odniesieni do galaktyki jako całości. Dzięki niej możliwa jest dogłębna analiza i poprawna interpretacja procesów zachodzących między galaktykami w trakcie zderzeń galaktyk, jak również wyjaśnienie budowy i obrotu wokół centrum całej galaktyki.

    Galaktyka satelitarna, galaktyka satelicka – galaktyka krążąca wokół innej, większej galaktyki. Duże galaktyki posiadają często bardzo wiele satelitarnych galaktyk karłowatych (Droga Mleczna ma ich ok. 20), ale mogą im towarzyszyć także większe obiekty - np. Galaktyka Trójkąta może być satelitą Galaktyki Andromedy. Gromada galaktyk – skupisko od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk tworzących układ związany grawitacyjnie. Mniejsze ugrupowania nazywane są grupami. Galaktyki w gromadzie galaktyk poruszają się po skomplikowanych torach wokół środka masy gromady, zazwyczaj znajdującego się w pobliżu największych galaktyk w gromadzie. Prędkości galaktyk w małych grupach galaktyk są rzędu 200 km/s, ale rosną do prędkości rzędu 800 km/s w dużych gromadach galaktyk.

    Supergromada – zgrupowanie setek lub tysięcy grup i gromad galaktyk. Supergromady są jednymi z największych znanych struktur we Wszechświecie. Istnienie supergromad wskazuje na to, że galaktyki są rozłożone we Wszechświecie nierównomiernie, nawet w dużych skalach. Większość z nich łączy się w grupy i gromady, przy czym grupy zawierają do 50 galaktyk, a gromady do kilku tysięcy. Te grupy i gromady, a także dodatkowe odizolowane galaktyki, tworzą razem większe struktury zwane właśnie supergromadami. Grupa galaktyk – układ niewielkiej (≤ 50) liczby galaktyk rozmieszczonych w obszarze o rozmiarach < 1 Mpc; na ogół w grupie galaktyk dominuje jedna lub kilka jasnych galaktyk otoczonych przez obiekty dużo słabsze, satelity i słabiej związane galaktyki. Droga Mleczna i Wielka Mgławica Andromedy są dominującymi galaktykami Grupy Lokalnej, zawierającymi ponad 90% jej masy. Określenia gromada używa się natomiast do zbiorowisk liczących od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk.

    Galaktyka gwiazdotwórcza (ang. Starburst galaxy) – galaktyka, w której zachodzi wyjątkowo intensywny proces formowania nowych gwiazd w porównaniu z procesem powstawania gwiazd obserwowanym w większości galaktyk. Proces ten jest zwykle skutkiem kolizji lub bliskiego spotkania dwóch galaktyk. Przykładami galaktyk, w których występują niezwykle intensywne procesy powstawania gwiazd, są Galaktyka Cygaro, Galaktyki Czułki, IC 10 czy Haro 11. Grupa galaktyk Maffei (określana również jako Grupa galaktyk IC 342) – najbliższa grupa galaktyk w stosunku do Grupy Lokalnej. Obszarem obejmuje gwiazdozbiory Żyrafy, Kasjopei oraz Perseusza. W skład tej grupy wchodzą 24 główne galaktyki, z których najjaśniejsze to IC 342 oraz Maffei I. W przeszłości Grupa Maffei wraz z Grupą Lokalną oraz Grupą w Rzeźbiarzu mogły tworzyć jedną gromadę galaktyk. Grupa galaktyk Maffei jest jedną z wielu grup należących do Supergromady Lokalnej.

    Pierścień Jednorożca – pierścień gwiazd dokoła Drogi Mlecznej. Jest uważany za strumień gwiazd, który oderwał się od galaktyki Karzeł Wielkiego Psa i połączył z Drogą Mleczną na przestrzeni miliardów lat. Jest to złożona struktura w kształcie pierścienia, która owija się wokół naszej galaktyki trzy razy, ukształtowana przez długie włókno gwiazd wypchniętych z galaktyki Karła Wielkiego Psa przez siły pływowe, wskutek orbitowania wokół Drogi Mlecznej. Pierścień ma masę 100 milionów mas Słońca i długość 200 000 lat świetlnych.

    Katalog galaktyk karłowatych (ang. A Catalogue of Dwarf Galaxies oraz David Dunlap Observatory Catalogue, skrót DDO) – katalog astronomiczny galaktyk karłowatych opublikowany w 1959 roku oraz uzupełniony w 1966 przez kanadyjskiego astronoma Sidneya van den Bergha. Katalog ten zawiera 243 obiekty.

    Galaktyka spiralna - duży grawitacyjnie związany układ gwiazd (przykładowo w Drodze Mlecznej może ich być około 500 miliardów ), pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii mający postać dysku z ramionami spiralnymi wychodzącymi ze środka zwanego zgrubieniem centralnym lub jądrem galaktyki. Przy spojrzeniu na dysk "z góry" wyraźnie widać jego spiralną strukturę. Galaktyki spiralne stanowią 75% jasnych galaktyk nieba. Galaktyki spiralne oznaczamy literą S i w zależności od stopnia rozwinięcia ramion dzielimy je na typy a, b, c. Typ Sa ma duże jądro i słabo rozwinięte ramiona. Typ Sc - na odwrót - małe jądro i bardzo silnie rozwinięte ramiona spiralne, typ Sb jest typem przejściowym pomiędzy poprzednimi dwoma. Rozróżniamy galaktyki spiralne z poprzeczką, bez poprzeczki oraz typ pośredni.

    Dodano: 07.05.2009. 15:11  


    Najnowsze