A galaxisok forgódinamikája A fizikusok elemzik a foton tömegének hatását
A tudósok azt a kérdést vizsgálják, hogy a fotontömeg hatása a galaxisokban lévő gáz-halmazállapotú komponensekre lehet-e olyan erős, mint a sötét anyagé
A csillagok forgása olyan galaxisokban, mint a Tejútrendszerünk, rejtély. Mert valójában a pálya sebességének csökkennie kell a galaxis széle felé. Valójában azonban a csillagok sebessége a galaxisok középső és külső területein állandó marad. Ennek a jelenségnek az oka egy láthatatlan anyag lehet, amely gravitációs erőt fejt ki. De bár különféle kutatóintézetek évtizedek óta keresik, úgynevezett sötét anyagot még nem találtak, és nem tudni, miből áll. Ennek fényében a fizikusok, Dmitri Ryutov, Dmitry Budker és Victor Flambaum megvizsgálták, hogy más hatások magyarázhatják-e a galaxisok forgódinamikáját. Megvizsgálták azt a hipotetikus hatást, amelyet a fotonok, azaz a fényrészecskék tömege gyakorolna.
Prof. Dr. Dmitri Ryutov, a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriumtól nemrégiben nyugdíjas, a plazmafizika szakértője, és az Amerikai Fizikai Társaság (APS) plazmafizikai Maxwell-díját kapta 2017-ben ezen a területen nyújtott szolgáltatásaiért. A szakértők által általánosan elfogadott foton tömegének felső határa Rjutovig nyúlik vissza. Mivel ez a tömeg rendkívül kicsi, az atom- és nukleáris folyamatok mérlegelésekor általában figyelmen kívül hagyják. De egy végtelenül kis fotontömeg is, a gondolkodás szerint, hatással lehet a nagy, asztrofizikai jelenségekre.
Ryutov Mainzban tartózkodása alatt házigazdája, Prof. Dr. Dmitry Budker a Helmholtz Intézet Mainzból (HIM) és Prof. Dr. Victor Flambaum, a Mainz Johannes Gutenberg Egyetem (JGU) Gutenberg Kutató Főiskolájának munkatársa ezt a megközelítést követi. Hogyan befolyásolhatja a rendkívül alacsony fotontömeg a galaxisokat? A megfontolások alapvető mechanizmusa az elektromágneses térerősség révén az úgynevezett Proca-mechanizmus eredményeként létrejövő további centripetális erőkhöz kapcsolódik.
Olyan erős hatások, mint a sötét anyagé?
"Az a hatás, amelyet itt elméletileg vizsgálunk, tehát nem a további gravitáció miatt jelentkező hatás" - magyarázza Dmitrij Budker. Az itt tárgyalt hatás a sötét anyag hatásával párhuzamosan jelentkezhet. Sőt - bizonyos feltételezések mellett - teljesen feleslegessé teheti a sötét anyag szükségességét a forgási görbék leírásához. Az elforgatási görbék megmutatják a csillagok keringési sebessége és a galaxis közepétől való távolságuk kapcsolatát. "Egy bizonyos fotontömegből indulunk ki, és megmutathatjuk, hogy ez a tömeg elegendő ahhoz, hogy további erőket hozzon létre egy galaxisban, amelyek nagyjából elég nagyok ahhoz, hogy megmagyarázzák a forgási görbéket" - mondja Budker. "Ez rendkívül izgalmas eredmény volt számunkra."
A fizikusok még tovább mentek. Megnézted a protosztár képződését, és észrevetted, hogy elméletének más következményei is vannak. Ezen elmélet szerint a hosszú életű, könnyű csillagok, amelyeknek tömege néhány naptömeg - beleértve a mi napunkat is - erősen elliptikus pályával rendelkezik. "Ez az előrejelzés nyilvánvalóan nem ért egyet a megfigyelésekkel, ami azt jelenti, hogy nem tudunk mindent megmagyarázni." A proca erők hatása csak azokért a sajátosságokért tehető felelőssé, amelyek a forgásgörbékben láthatók. "Jelenleg nem a foton tömegét látjuk a rotációs görbe problémájának megoldásaként. De ez a megoldás része lehet" - foglalja össze Budker. "Nyílt gondolkodásmódot akarunk fenntartani, amíg nem tudjuk, mi is valójában a sötét anyag."
kiadvány
D. D. Ryutov, D. Budker, V. V. Flambaum, A Maxwell hipotetikus hatása - Proca elektromágneses stresszek a galaxis forgási görbéin, The Astrophysical Journal 871: 2, 2019. február 1.,
DOI: 10.3847/1538-4357/aaf63a