Dynamika rotácie galaxií
2. 7. 2019 - Skúmanie vplyvu hmotnosti fotónov na plynné zložky v galaxiách.
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, „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.
Aj nekonečne malá hmota fotónu by podľa myslenia mohla mať vplyv na veľké astrofyzikálne javy. Túto myšlienku sledovali Ryutov, expert na fyziku plazmy, Budker z Helmholtzovho inštitútu v Mainzi (HIM) a Victor Flambaum, pracovník na Gutenbergovej výskumnej fakulte Univerzity Johannesa Gutenberga v Mainzi JGU. Ako však môže extrémne nízka hmotnosť fotónov ovplyvniť galaxie? Základný mechanizmus pre úvahy sa týka ďalších dostredivých síl, ktoré sú generované silou elektromagnetického poľa v dôsledku mechanizmu Proca.
„Efekt, ktorý tu teoreticky skúmame, preto nie je efektom spôsobeným dodatočnou gravitáciou,“ vysvetľuje 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. „Predpokladáme určitú hmotnosť fotónov a môžeme ukázať, že táto hmotnosť by bola dostatočná na generovanie ďalších síl v galaxii, ktoré sú zhruba také veľké, 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 síl Proca môže byť zodpovedný iba za niektoré zvláštnosti, ktoré je možné vidieť na krivkách rotácie. "V súčasnosti nevidíme hmotnosť fotónu ako riešenie problému s rotačnou krivkou." Mohla by to však byť súčasť riešenia, “sumarizuje Budker. „Chceme zachovať otvorené myslenie, pokiaľ ešte nevieme, čo to tmavá hmota v skutočnosti je.“