Symulacja powstawania galaktyk bez udziału ciemnej materii

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Bonn symuluje Wszechświat, w którym prawa Newtona obowiązują tylko w ograniczonym zakresie.

Naukowcy po raz pierwszy w historii przeprowadzili symulację formowania się galaktyk we Wszechświecie bez udziału ciemnej materii. Aby odtworzyć ten proces na komputerze, musieli zmodyfikować prawa grawitacji Newtona. Galaktyki stworzone w obliczeniach komputerowych są podobne do tych, które obecnie widzimy. Według naukowców, ich założenia mogą rozwiązać wiele tajemnic współczesnej kosmologii.

Obecnie kosmolodzy zakładają, że po Wielkim Wybuchu materia nie rozłożyła się całkowicie równomiernie. Gęstsze miejsca przyciągały coraz więcej materii ze swojego otoczenia dzięki ich mocniejszej sile grawitacyjnej. W ciągu kilku miliardów lat nagromadzenie gazu ostatecznie ukształtowało galaktyki, które widzimy dzisiaj.

Ważnym składnikiem tej teorii jest tak zwana ciemna materia. Z jednej strony mówi się, że jest ona odpowiedzialna za początkowy nierównomierny rozkład, który doprowadził do nagromadzenia obłoków gazowych. Wyjaśnia także niektóre zagadkowe obserwacje. Na przykład gwiazdy w wirujących galaktykach często poruszają się tak szybko, że w rzeczywistości powinny zostać z nich wyrzucone. Wydaje się, że istnieje dodatkowe źródło grawitacji w galaktykach, które temu zapobiega – rodzaj „gwiezdnej szpachli”, którego nie można zobaczyć za pomocą teleskopów: ciemna materia.

Jednak nadal nie ma bezpośredniego dowodu na jej istnienie. Być może same siły grawitacyjne zachowują się inaczej, niż dotychczas sądzono? Ta teoria nosi nazwę MOND (MOdified Newtonian Dynamics – zmodyfikowana dynamika newtonowska); odkrył ją izraelski fizyk prof. dr Mordehai Milgrom. Zgodnie z tą teorią przyciąganie między dwiema masami jest zgodne z prawami Newtona tylko do pewnego momentu. Przy bardzo niskich przyspieszeniach, jak ma to miejsce w galaktykach, staje się znacznie silniejsze. Dlatego galaktyki nie rozpadają się w wyniku ich prędkości rotacji.

„We współpracy z dr. Benoitem Famaeyem w Strasburgu po raz pierwszy przeprowadziliśmy symulację tego, czy galaktyki uformują się we wszechświecie MOND, a jeżeli tak, to które” – mówi doktorant prof. dr. Kroupy, Nils Wittenburg. Wykorzystał w tym celu program komputerowy do złożonych obliczeń grawitacyjnych, który został opracowany w grupie Krupy. Dlatego, że w modelu MOND przyciąganie ciała zależy nie tylko od jego masy własnej, ale od tego, czy w pobliżu znajdują się inne obiekty.

Następnie naukowcy wykorzystali to oprogramowanie do symulacji powstawania gwiazd i galaktyk, wychodząc od obłoku gazowego kilkaset lat po Wielkim Wybuchu. „W wielu aspektach nasze wyniki są niezwykle zbliżone do tego, co faktycznie obserwujemy za pomocą teleskopów” – wyjaśnia Kroupa. Na przykład rozkład i prędkość gwiazd w generowanych komputerowo galaktykach są zgodne z tym samym, co widzimy na nocnym niebie. „Ponadto, wynikiem naszej symulacji było jedynie powstanie wirujących galaktyk dyskowych, takich jak Droga Mleczna i prawie wszystkich innych, które znamy. Z drugiej strony symulacje ciemnej materii tworzą głównie galaktyki bez odrębnych dysków materii – rozbieżność w obserwacjach, którą trudno wyjaśnić” – mówi naukowiec.

Obliczenia oparte o istnienie ciemnej materii są również bardzo czułe na zmiany niektórych parametrów, takich jak częstotliwość supernowych i ich wpływ na rozkład materii w galaktykach. Jednak w symulacji MOND czynniki te nie odgrywały prawie żadnej roli.

Jednak opublikowane ostatnio wyniki nie odpowiadają rzeczywistości we wszystkich punktach. Ta symulacja to dopiero pierwszy krok. Na przykład naukowcy do tej pory przyjmowali jedynie bardzo proste założenia dotyczące pierwotnego rozkładu materii i warunków w młodym Wszechświecie. Teraz muszą powtórzyć obliczenia i uwzględnić bardziej złożone czynniki wpływające. Wtedy przekonają się, czy teoria MOND faktycznie wyjaśnia rzeczywistość.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
University of Bonn

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.