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 relativním 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 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 posledních 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 odpovídající 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.



Seriál

  1. Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
  2. Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
  3. Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
  4. Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
  5. Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
  6. Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
  7. Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
  8. Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
  9. Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
  10. Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
  11. Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
  12. Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
  13. Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
  14. Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
  15. Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
  16. Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
  17. Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
  18. Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
  19. Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
  20. Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
  21. Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
  22. Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
  23. Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
  24. Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
  25. Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
  26. Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
  27. Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
  28. Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
  29. Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
  30. Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
  31. Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
  32. Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
  33. Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
  34. Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
  35. Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
  36. Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
  37. Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
  38. Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
  39. Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
  40. Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
  41. Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
  42. Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
  43. Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
  44. Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
  45. Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
  46. Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
  47. Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
  48. Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
  49. Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
  50. Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
  51. Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
  52. Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
  53. Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
  54. Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
  55. Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
  56. Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
  57. Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
  58. Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
  59. Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
  60. Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
  61. Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
  62. Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
  63. Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
  64. Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
  65. Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
  66. Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
  67. Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
  68. Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
  69. Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
  70. Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
  71. Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek
  72. Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
  73. Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
  74. Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
  75. Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
  76. Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
  77. Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?
  78. Výzkumy v ASU AV ČR (78): Hvězdné větry neobvyklých horkých hvězd
  79. Výzkumy v ASU AV ČR (79): Binární bílý trpaslík s magnetickou složkou
  80. Výzkumy v ASU AV ČR (80): Vznik druhé generace hvězd v hustých hvězdokupách
  81. Výzkumy v ASU AV ČR (81): Detekce sopek pod ledovým příkrovem Antarktidy
  82. Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry
  83. Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat
  84. Výzkumy v ASU AV ČR (84): Rumunský superbolid byl z neobvyklého materiálu
  85. Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd
  86. Výzkumy v ASU AV ČR (86): Vzplanutí typu zebra jako diagnostika vlastností plazmatu
  87. Výzkumy v ASU AV ČR (87): Zrcadlová nestabilita v turbulentním slunečním větru
  88. Výzkumy v ASU AV ČR (88): Molekulární plyn v „kometárním“ ohonu galaxie
  89. Výzkumy v ASU AV ČR (89): Jsou aktivní galaktická jádra podobná rentgentovým dvojhvězdám?
  90. Výzkumy v ASU AV ČR (90): Nové určení periody pohybu zemského pólu
  91. Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup
  92. Výzkumy v ASU AV ČR (92): Mohou neutronové hvězdy za magnetismus černých veleděr?
  93. Výzkumy v ASU AV ČR (93): Videometeory jako nástroj určení orbit meteoroidů
  94. Výzkumy v ASU AV ČR (94): Kouřové kroužky ve slunečních erupcích
  95. Výzkumy v ASU AV ČR (95): Nalezneme kolem B[e] nadobra pastýřské planety?
  96. Výzkumy v ASU AV ČR (96): Prostorová rekonstrukce protuberance typu tornádo
  97. Výzkumy v ASU AV ČR (97): Globální modely hvězdného větru odhalují menší hmotnostní ztráty horkých hvězd
  98. Výzkumy v ASU AV ČR (98): Je rychlý trpaslík pozůstatkem nepovedeného výbuchu supernovy?
  99. Výzkumy v ASU AV ČR (99): Polarizace rentgenového záření umožní na dálku změřit černou veledíru
  100. Výzkumy v ASU AV ČR (100): Na čem jsme prozatím pracovali…
  101. Výzkumy v ASU AV ČR (101): Hvězdná erupce během planetárního tranzitu
  102. Výzkumy v AsÚ AV ČR (102): Jak zvážit černou veledíru pomocí rentgenových záblesků
  103. Výzkumy v ASU AV ČR (103): O vzniku kulových hvězdokup
  104. Výzkumy v ASU AV ČR (104): Bílé erupce pozorované nad okrajem slunečního disku
  105. Výzkumy v ASU AV ČR (105): Polární výtrysky v okolí černých děr
  106. Výzkumy v ASU AV ČR (106): Pohled na hvězdu se závojem po dvou letech
  107. Výzkumy v ASU AV ČR (107): Co rozlišuje umbru od penumbry sluneční skvrny?
  108. Výzkumy v ASU AV ČR (108): `Oumuamua má excitovanou rotaci
  109. Výzkumy v ASU AV ČR (109): Dlouhodobá aktivita kataklyzmické proměnné QU Carinae
  110. Výzkumy v ASU AV ČR (110): Model přechodové vrstvy ve sluneční atmosféře
  111. Výzkumy v ASU AV ČR (111): Vznik malých železných meteorů
  112. Výzkumy v ASU AV ČR (112): Proudění plazmatu v okolí slunečních filamentů
  113. Výzkumy v ASU AV ČR (113): Studium horkých podtrpaslíků
  114. Výzkumy v ASU AV ČR (114): Efekty obecné relativity v rentgenovém záření aktivních galaktických jader
  115. Výzkumy v ASU AV ČR (115): Původ viditelného záření ve hvězdných supererupcích
  116. Výzkumy v ASU AV ČR (116): Opticky tmavé oblaky neutrálního vodíku
  117. Výzkumy v ASU AV ČR (117): MOND vysvětluje některé neobvyklé vlastnosti místní skupiny galaxií
  118. Výzkumy v ASU AV ČR (118): Nová metoda určení parametrů volné nutace zemského jádra
  119. Výzkumy v ASU AV ČR (119): Pád plazmového oblaku ve sluneční atmosféře jako zdroj rádiového záření


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


39. vesmírný týden 2018

39. vesmírný týden 2018

Přehled událostí na obloze od 24. 9. do 30. 9. 2018. Měsíc bude v úplňku. Venuše je nejlépe viditelná ve dne, Jupiter jen večer velmi nízko na jihozápadě. Mars a Saturn jsou nízko v okolí jižního obzoru. Pohlédnout můžeme k dvojici hvězd v souhvězdí Kozoroha, které však nejsou fyzickou dvojhvězdou. Před 10 roky provedl první výstup do kosmu čínský kosmonaut z lodi Šen-čou 7 a SpaceX provedla první úspěšný start rakety Falcon 1. Před 70 lety se narodil československý kosmonaut Vladimír Remek.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Radiant

Titul Česká astrofotografie měsíce za srpen 2018 obdržel snímek „Radiant“, jehož autorem je Lukáš Veselý   Kdo by je neznal … srpnové padající hvězdy jsou velmi populární i mezi neastronomy. Ostatně, s téměř železnou pravidelností se opakují rok co rok za příjemných prázdninových

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mars

Mars

Další informace »