Wenn nicht dunkle Materie, was dann?

Astronomen zugeordnet, die Bewegungen von Hunderten von Sternen in der Milchstraße um die Menge der dunklen Materie, der zerren muss auf ihnen aus der Umgebung unserer Sonne abzuleiten. Ihre überraschenden Ergebnis? Es gibt keine dunkler Materie hier in der Nähe.

Wie die Forscher in einem bevorstehenden Papier im Astrophysical Journal schreiben, die stellare Bewegung impliziert, dass die Sterne gravitativ in 13.000 Lichtjahre von der Erde, des sichtbaren Materials in unserem Sonnensystem angezogen werden – die Sonne, Planeten und umgebenden Gas und Staub – und nicht durch eine unsichtbare Materie.

"Unsere Berechnungen zeigen, dass [dunkler Materie] sehr deutlich bei unseren Messungen gezeigt haben sollte. Aber es war einfach nicht da! "sagte Lead Studienautor Christian Moni-Bidin, Astronom an der Universität von Concepción in Chile.

Stimmt die Analyse der Daten von Chiles European Southern Observatory (ESO) – ein großes "Wenn", einige Physiker sagen — es kippt die Jahrzehnte alte Theorie, dass dunkler Materie Raum in unserer Region der Milchstraße durchdringt. Dunkle Materie ist eine unsichtbare Material gedacht, um 80 Prozent aller Materie im Universum ausmachen. Obwohl es keine mit Licht Wechselwirkung und so nicht sehen kann, seine Präsenz wird angerufen, um zu erklären warum drehen Sie am Stadtrand von Galaxien, die Milchstraße, einschließlich viel schneller, als man erwarten würde, basierend auf die Gravitation der sichtbaren Materie allein. Gemeinhin als Tatsache, dunkler Materie spielt eine wesentliche Rolle in den Modellen der Galaxienentstehung und Evolution, und mehrere Versuche sind im Gange, um die Teilchen der dunklen Materie auf der Erde zu erkennen.

Wenn dunkler Materie nicht hier im Sonnensystem, es kann jedoch nicht überall, denn seine Verteilung durch die Galaxie extrem typisch für diese Region im Raum zu vermeiden werden müssten. "Moderne Theorien haben ernsthafte Schwierigkeiten zu erklären, die Bildung von einem [dunkle Materie] Halo so seltsam geformte" sagte Moni Bidin die Geheimnisse des Lebens wenig.

Scott Tremaine, Professor für Physik an der Princeton University Institute for Advanced Study, sagte: "Wenn die Autoren Schlussfolgerungen korrekt sind, dies in der Tat ein schwerer Schlag für dunkle Materie."

Zukünftige astronomische Untersuchungen, wie Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation, die Situation zu klären, durch die Beobachtung der Bewegungen von Millionen von Sternen, anstatt nur Hunderte. Aber in der Zwischenzeit durch Aufrufen von dunkler Materie in Frage, die neue Erkenntnis der ESO lädt Diskussion über ein Thema, das in den letzten Jahren viel Sendezeit bekommen: was andere Theorien für die Rotation der Galaxien, wie auch andere Beobachtungen erklären konnten durch dunkle Materie erklären? Wenn keine dunkle Materie – oder zumindest nicht die dunkle Materie, die wir erwartet – was dann? Experten haben ein paar andere Optionen, wenn sie nicht annähernd so befriedigend sind.

Schwerkraft 2.0

Wenn die Schwerkraft viel messier als Newton ist und Einstein dachte, könnte dann es für die schnelle Rotation von Spiralgalaxien Konto ohne dunklen Materie. Für die Schwerkraft, um Sterne am Rand einer Galaxie zu beschleunigen, muss es das "Inverse quadratische Gesetz" abweichen – die Regel, die Schwerkraft durch das Quadrat der Entfernung von etwas abnimmt – auf galaktische Distanzen. Das heißt, müsste die Kraft plötzlich am Rande der Galaxien spike. Aber dafür, so zu handeln, Schwerkraft Felder und die Gleichungen, die mit ihnen verbundenen müssten enorm gewunden werden. [Top 3 Fragen Leute Fragen Astrophysiker (und Antworten)]

Die Theorie ist "modifizierte Newtonsche Dynamik" oder MOND genannt. "Die schönste alternative Modelle für Spiralgalaxien alternative Schwerkraft Theorie MOND, wie es scheint, die Galaxie Rotationskurven [mathematisch] mit einigen Annahmen hinein gebaut, zu reproduzieren zu können", sagte Douglas Clowe, Astrophysiker an der Ohio University, dunklen Materie studiert.

Jedoch MOND füllt nicht so viele Lücken wie dunkler Materie: es funktioniert tadellos nur für Spiralgalaxien, Clowe sagte. Für elliptische Galaxien, Galaxiengruppen, Galaxienhaufen und größere Strukturen, die Theorie passt nicht ganz Beobachtungen, und es erfordert diese zusätzliche Angelegenheit — d. h. dunkle Materie – erneut aufgerufen werden. "Anstatt nur eine unentdeckte Teilchen, um unsere Beobachtungen der Strukturen im Universum zu erklären, MOND eine unentdeckte Teilchen und eine Änderung der Gravitationskraft Gesetz erfordert," sagte er.

Ein weiterer Schlag gegen MOND ist, dass es, wie die Theorie der dunklen Materie, die neuen Erkenntnisse der ESO übereinstimmt. Nach Moni Bidin da die Teammitglieder Newtonschen Gravitation in ihre Berechnungen verwendet würde MOND Vorhersagen eine Diskrepanz in der Höhe von Masse entstehen, die sie im Sonnensystem gemessen. "MOND erwartet einen"phantom Datenträger"der unsichtbare Materie in einem Werk wie der unsrigen erkannt werden," sagte er — genauso verwenden Gesetz des Newtons Modell Galaxie führt eine dunklen Materie vorherzusagen.

Felder der phions

John Moffat, ein Physiker an der Perimeter Institute for Advanced Study in Kanada, hat vorgeschlagen, eine Sub-Theorie der MOND MOG genannt, oder "veränderte Schwerkraft." Er behauptet, MOG erklärt die eigentümliche Bewegung der Galaxien und Galaxienhaufen sowie Cluster Kollisionen ohne Berufung auf dunkle Materie in jeder Größenordnung.

"Ich nehme Einsteins Schwerkraft und ich diese drei Felder hinzufügen," erklärte Moffat. Eines der Felder hat eine Masse, und dies führt zu Schwankungen im Kraft Gesetz auf unterschiedlichen Abstand Skalen. Um eine Masse haben, müssen das Feld jedoch ein Teilchen zugeordnet, die Moffat, die Phion nennt. Und wie Teilchen der dunklen Materie, die Phion Existenz nicht verifiziert wurde. [Intelligente Antworten für verrückte hypothetische Fragen]

Warm und dunkel

Stimmt die ESO-Analyse, es könnte nur bedeuten, dass dunkler Materie sehr anders verhält – oder im Raum sehr unterschiedlich verteilt ist – als man gedacht hat. "Es würde bedeuten, dass dunkler Materie in größerem Umfang innerhalb der inneren Teile einer Galaxie verteilt werden müssten," Clowe sagte: "die [mathematisch bestätigt] Wenn Sie die Teilchen der dunklen Materie weniger Masse als die derzeit favorisierte Modelle machen."

Laut Douglas Spolyar, dunkle Materie Theoretiker an der University of Chicago, nennt man die weniger massive Vielfalt warme dunklen Materie. "Leute verwenden, um zwei Dinge zu erklären – ein, dass Sie hätte einen Kern in Ihrem Profil dunkle Materie, so dass dunkler Materie einige Innenradius der Galaxis konstant bleibt. Zweitens schaut man sich die dunkle Materie Sub Halos in der Milchstraße, die Beträge [der warmen dunklen Materie] sind viel niedriger,"sagte er. Das könnte erklären, warum die ESO Astronomen dunklen Materie in unserer kosmischen Nachbarschaft gefunden haben. [Was wäre, wenn unser Sonnensystem gebildet näher an der Milchstraße Rand?]

Jedoch sagten die Forscher, dass kalte dunkle Materie-Teilchen von Kosmologen, stark bevorzugt werden, weil weniger massive dunkle Partikel bilden Galaxien schnell genug entsprechend Astronomen Beobachtungen des frühen Universums Probleme hätte.

Neue Theorie

Wenn zukünftige Erhebungen über die Bewegungen der Sterne die ESO-Ergebnisse stärken, stark darauf hindeutet, dass es wirklich keine dunkler Materie in unserer Region der Galaxie, möglicherweise Kosmologen, Schrott, die aktuellen Theorien und beginnt von neuem. "Bis heute eine umfassende relativistische Theorie-Alternative zu der dunklen Materie Paradigma, erklären die Beobachtungen auf allen Skalen von galaktische Rotation um die Galaxienhaufen, ist nicht bekannt, können", sagte Moni Bidin.

Princeton Tremaine stimmte zu: "Ich glaube nicht, die Alternativen zur dunklen Materie sind sehr wahrscheinlich."

Folgen Sie Natalie Wolchover auf Twitter @nattyover. Folgen Sie die Geheimnisse des Lebens wenig auf Twitter @llmysteries und begleiten Sie uns auf Facebook.