Dynamika rotácie galaxií Fyzici analyzujú vplyv hmoty fotónov
Vedci skúmajú otázku, či je vplyv hmotnosti fotónov na plynné zložky v galaxiách pravdepodobne taký silný ako vplyv tmavej hmoty
Rotácia hviezd v galaxiách, ako je napríklad naša Mliečna dráha, je záhadou. Pretože v skutočnosti by orbitálna rýchlosť mala klesať smerom k okraju galaxie. V skutočnosti však rýchlosť hviezd v centrálnej a vonkajšej oblasti galaxií zostáva konštantná. Dôvodom tohto javu môže byť neviditeľná hmota, ktorá vyvíja gravitačnú silu. Ale hoci ju rôzne výskumné inštitúcie hľadali už celé desaťročia, takzvaná temná hmota sa zatiaľ nenašla a nie je známe, z čoho je vyrobená. Na tomto pozadí fyzici Dmitrij Ryutov, Dmitrij Budker a Victor Flambaum skúmali, či by ďalšie vplyvy mohli vysvetliť dynamiku rotácie galaxií. Za týmto účelom skúmali hypotetický efekt, ktorý bude mať hmotnosť fotónov, teda ľahkých častíc.
Prof. Dr. Dmitrij Ryutov, ktorý nedávno odišiel z Národného laboratória Lawrenca Livermora, je odborníkom na fyziku plazmy a v roku 2017 získal za služby v tejto oblasti Maxwellovu cenu Americkej fyzickej spoločnosti (APS) za fyziku plazmy. Horná hranica hmotnosti fotónu všeobecne akceptovaná odborníkmi siaha späť do Ryutova. Pretože táto hmotnosť je extrémne malá, je zvyčajne ignorovaná pri zvažovaní atómových a jadrových procesov. Ale aj nekonečne malá hmotnosť fotónu mohla podľa myslenia mať vplyv na veľké astrofyzikálne javy.
Počas pobytu v Mohuči v Ryutove jeho hostiteľ prof. Dr. Dmitrij Budker z Helmholtzovho inštitútu v Mohuči (HIM) a prof. Dr. Victor Flambaum, pracovník Gutenberg Research College na Univerzite Johannesa Gutenberga v Mainzi (JGU), pokračuje v tomto prístupe. Ako môže extrémne nízka hmotnosť fotónov ovplyvniť galaxie? Základný mechanizmus pre úvahy sa týka ďalších dostredivých síl, ktoré vznikajú prostredníctvom sil elektromagnetického poľa v dôsledku takzvaného Proca mechanizmu.
Účinky také silné ako v prípade tmavej hmoty?
„Efekt, ktorý tu teoreticky skúmame, preto nie je efektom spôsobeným dodatočnou gravitáciou,“ vysvetľuje Dmitrij Budker. Efekt, o ktorom sa tu diskutuje, sa môže vyskytnúť paralelne s účinkami tmavej hmoty. Mohlo by to dokonca - s určitými predpokladmi - urobiť potrebu tmavej hmoty pre opis kriviek otáčania úplne zbytočnou. Krivky rotácie ukazujú vzťah medzi obežnou rýchlosťou hviezd a ich vzdialenosťou od stredu galaxie. „Vychádzame z určitej hmotnosti fotónov a môžeme ukázať, že táto hmotnosť by bola dostatočná na generovanie ďalších síl v galaxii, ktoré sú zhruba dosť veľké na to, aby vysvetlili rotačné krivky,“ hovorí Budker. „Bol to pre nás mimoriadne vzrušujúci výsledok.“
Fyzici zašli ešte ďalej. Pozreli ste sa na formovanie protohviezd a všimli ste si, že vaša teória má ďalšie dôsledky. Podľa tejto teórie majú svetelné hviezdy s dlhou životnosťou s hmotnosťou niekoľkých slnečných hmôt - vrátane nášho slnka - vysoko eliptické dráhy. „Táto predpoveď zjavne nesúhlasí s pozorovaniami, čo znamená, že nemôžeme vysvetliť všetko.“ Účinok proca síl môže byť zodpovedný iba za niektoré zvláštnosti, ktoré sú viditeľné na krivkách rotácie. "Hmotu fotónov v súčasnosti nevidíme ako riešenie problému s krivkou otáčania. Mohlo by to však byť súčasťou riešenia," sumarizuje Budker. „Chceme mať otvorené myslenie, pokiaľ nevieme, čo to tmavá hmota v skutočnosti je.“
publikácia
D. D. Ryutov, D. Budker, V. V. Flambaum, Hypotetický vplyv Maxwellovho - Proca elektromagnetického stresu na krivky rotácie galaxie, The Astrophysical Journal 871: 2, 1. februára 2019,
DOI: 10,3847/1538-4357/aaf63a