Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (117): MOND vysvětluje některé neobvyklé vlastnosti místní skupiny galaxií

Výzkumy v ASU AV ČR (117): MOND vysvětluje některé neobvyklé vlastnosti místní skupiny galaxií

Výřezy ze simulace, projekce podél vertikální osy. a) Situace na začátku simulace, b) galaxie ve svém relativní pericentru, c) přenos hmoty z Mléčné dráhy do M 31, d) současný stav.
Autor: Michal Bílek

Naše Galaxie je ve svém bezprostředním okolí obklopena několika desítkami malých satelitních průvodců. Některé vědecké práce poukazují na jejich neobvyklé prostorové uspořádání, jaké nelze jednoduše vysvětlit s pomocí standardního kosmologického modelu. Podobné uspořádání mají i satelity blízké galaxie M31 v Andromedě. Michal Bílek se svými spolupracovníky vysvětlují uspořádání satelitů Mléčné dráhy a M31 jejich dávnou slapovou interakcí. Tento vývojový scénář připouští pouze model postavený na alternativní teorii gravitace. 

K popisu pohybů těles ve vesmíru používají vědci teorie vystihující vzájemné gravitační působení těchto těles. Ve Sluneční soustavě si s pro základní pohybové jevy vystačí s klasickou newtonovskou dynamikou. Na větších škálách se již projevují efekty vyššího řádu, které se nejčastěji popisují pomocí obecné teorie relativity. Také současná kosmologie je postavena na pilířích obecné teorie relativity, přičemž pro správný výklad pozorovaného chování vesmíru staví na existenci dvou doposud vágně prozkoumaných substancí – temné hmoty, která se projevuje pouze gravitačně, a temné energie, která je odpovědná za zrychlené rozpínání vesmíru. 

O přítomnosti temné hmoty svědčí především rotační křivky spirálních galaxií, v nichž zdánlivě chybí látka v okrajových částech, a také pohyby galaxií v rámci kup. Toto pozorované chování lze alternativně vysvětlit s pomocí teorií gravitace označovaných jako MOND, tedy MOdifikovaných Newtonovských Dynamik. Ty vycházejí z předpokladu, že Newtonův gravitační zákon potřebuje úpravu pro velmi slabá gravitační pole, podobně jako jej potřebujeme nahradit pro velmi silná gravitační pole obecnou teorií relativity. V režimu silných polí (např. ve Sluneční soustavě) se MOND shoduje s klasickou newtonovskou gravitací, zatímco v režimu malých zrychlení (např. na kraji galaxií nebo v galaktických kupách) je gravitační působení efektivně větší – tedy například pro vysvětlení plochých rotačních křivek není třeba přidávat neviditelnou látku. 

Kosmologické simulace prováděné v poslední letech přinášejí určité předpovědi o struktuře vesmíru a vesmírných objektů. Některé z pozorovaných vlastností jsou však s těmito předpověďmi v rozporu. Mezi ta rozporuplná pozorování patří i rozložení trpasličích satelitních galaxií v okolí Mléčné dráhy, které vytvářejí jakýsi v jednom smyslu rotující disk, kolmý na vlastní disk Mléčné dráhy. Podle standardního kosmologického modelu je mizivá pravděpodobnost, že by se taková satelitní rovina zformovala náhodně. Podobný skloněný souhlasně rotující disk satelitů je pozorován i v okolí blízké galaxie M31. 

Michal Bílek v široké mezinárodní spolupráci studoval, zda by tyto dvě okolnosti spolu nemohly souviset. Ze simulací je totiž známo, že trpasličí galaxie se mohou zformovat z materiálu vytrženého z interagujících galaxií slapovými silami. To by ale muselo znamenat, že Mléčná dráha a M31 v minulosti prošly blízkým přiblížením, což výpočty založené na klasické kosmologii vylučují. Hrubé odhady provedené v minulosti jinými autory však naznačovaly, že v rámci MOND by takové přiblížení mohlo být možné. M. Bílek tedy vůbec poprvé vytvořil a spustil vícečásticovou numerickou simulaci interagujících galaxií typu Mléčná dráha a M31, v níž jednotlivé částice v pohybu řídí MOND. 

Autoři simulaci nastavili tak, aby v čase odpovídajícím současnosti získali dvě galaxie hmotnostmi, polohami a orientacemi disků a vzájemnými rychlostmi zhruba odpovídaly pozorované konfiguraci Mléčné dráhy a M31. Ostatní parametry nebyly laděny s cílem co nejlépe popsat současnou situaci. 

Vývojová simulace skutečně ukázala, že v MOND skutečně došlo k blízkému přiblížení velkých galaxií, aniž by obě galaxie splynuly. To je možné jen proto, že v modelu s MOND mají galaxie nižší tendenci splývat než ve standardní gravitaci s temnou hmotou (je nižší tzv. dynamické tření). K  přiblížení podle simulace došlo před 7,4 miliardami let. Pro zajímavost: k dalšímu těsnému průletu by mělo dojít za 3,1 miliardy let, zatímco klasické simulace očekávají, že k témuž dojde za 3,9 miliardy let s finálním splynutím za 5,9 miliardy let. Během přiblížení v minulosti vznikly kolem galaxií rozsáhlé slapové ohony (viz obrázek). Při průletu bylo dokonce více než 3 % hmotnosti Mléčné dráhy přeneseno do M31. Slapové struktury vzniklé v simulaci kolem Mléčné dráhy i M31 pak nápadně připomínají budoucí disky satelitních galaxií. Těsný průlet také zvlnil disk Mléčné dráhy, což je další pozorovací fakt. Soulad s předpovězeným a pozorovaným zvlněním je velmi dobrý. 

Autoři podotýkají, že jejich model zdaleka nevysvětluje všechny pozorované vlastnosti satelitních disků v okolí obou velkých galaxií. Podotýkají však, že jde o vůbec první simulaci tohoto typu a že si dovolili zanedbat mnoho efektů. Například v simulaci neuvažovali přítomnost částic plynu, přestože obě velké galaxie patří ke spirálnímu typu, v nichž je plyn velmi běžný. 

Práce ukazuje, že občas je zapotřebí vykročit ze zažitých postupů a počínat si neortodoxně. Práce není důkazem pro platnost MOND, pouze podotýká, že použitím MOND ve věci trpasličích souputníků Galaxie lze získat popis reality elegantněji. Jen lepší výpočty ať už založené na tradičním kosmologickém modelu s temnou hmotou nebo na alternativních teoriích gravitace mohou přispět k vysvětlení pozorovaného chování a tím i podpořit jednu ze stran.  

REFERENCE

Bílek, M. a kol., MOND simulation suggests an origin for some peculiarities in the Local Group, Astronomy&Astrophysics 614 (2018) A59, preprint arXiv:1712.04938

KONTAKT

Mgr. Michal Bílek, Ph. D. 
michal.bilek@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: M31, MOND, Temná hmota, Astronomický ústav AV ČR


30. vesmírný týden 2018

30. vesmírný týden 2018

Přehled událostí na obloze od 23. 7. do 29. 7. 2018. Měsíc bude v úplňku a nastane dlouhé úplné zatmění. Mars bude v opozici se Sluncem. Večer je vidět Venuše, Jupiter a Saturn. Ráno je vidět také Neptun a Uran. Očekáváme dva starty s celkem 14 družicemi v jednom dni, respektive během čtvrt hodiny. Před 45 lety odstartovala v lodi Apollo na palubu orbitální stanice Skylab poslední dlouhodobá posádka.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

NGC4725

Titul Česká astrofotografie měsíce za červen 2018 obdržel snímek „NGC 4725“, jehož autorem je Dušan Šulc   NGC 4725. Popravdě, co takový název komu z nezasvěcených řekne … Asi mnoho ne. Ovšem astronomové, zejména ti noční, si po vyslovení tohoto názvu začnou libovat. A možná

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Noc v Horách

Tahle fotka vznikala dost zajímavě. Nemohl jsem najít žádnou kompozici, a nebylo moc času kvůli měsící co vycházel relativně brzo. Nakonec mě napadlo tohle panorama. Začal jsem oblohou, (6 snímků na Star Adventurer montáži asi 3 metry pod vrcholem který blokoval poryvy větru). Po nafocení oblohy jsem vylezl na nejvyšší bod, sundal montáž, nasadil kulovou hlavu a začal hledat správně popředí. Našel jsem toto - viz. fotka - a začal snímat. Bohužel jsem úplně zapomněl na měsíc, a ten vylezl nad skalní útvary kus ode mě krásně akorát na předposlední fotku popředí (7 fotek) Nezbývalo nic jiného než začít znova s měsíčním světlem. Když se na to dívám s časovým odstupem, ani mi to měsíční světlo tak nevadí - alespoň se zvýraznila skála uprostřed fotky, na které se marně se svou čelovkou a bundou černou jak noc snažím vyniknout. Při focení popředí byla již mléčná dráha posunutá asi o vzdálenost osvětlené části prostředního kamene, nicméně oblohu jsem se spodkem srovnal podle siluet hor na panorama s montáží. Výšlap to byl docela těžký, i pár divokých prasat s krávami jsem potkal, takže jsem opravdu rád že něco vyšlo. Původně jsem myslel že tu i přespím, nicméně byla taková zima, že jsem se po hodině snahy usnout rozhodl vstát a jít zpátky dolů. (ne, neměl jsem spacák :) ).

Další informace »