Dinamica de rotație a galaxiilor: fizicienii analizează influența masei fotonice

Oamenii de știință investighează întrebarea dacă efectul masei fotonice asupra componentelor gazoase din galaxii este posibil la fel de puternic ca cel al materiei întunecate

Rotația stelelor din galaxii precum Calea Lactee este un mister. Pentru că de fapt viteza orbitală ar trebui să scadă spre marginea galaxiei. De fapt, însă, viteza stelelor din zonele centrale și exterioare ale galaxiilor rămâne constantă. Motivul acestui fenomen ar putea fi materia invizibilă care exercită o forță de gravitație. Dar, deși diverse instituții de cercetare o caută de zeci de ani, așa-numita materie întunecată nu a fost încă găsită și nu se știe din ce este făcută. În acest context, fizicienii Dmitri Ryutov, Dmitry Budker și Victor Flambaum au investigat dacă alte influențe ar putea explica dinamica de rotație a galaxiilor. În acest scop, au investigat efectul ipotetic pe care l-ar avea masa fotonilor, adică a particulelor de lumină.

Prof. Dr. Dmitri Ryutov, recent pensionat din Laboratorul Național Lawrence Livermore, este expert în fizica plasmelor și a primit Premiul Maxwell în fizică a plasmei al Societății Americane de Fizică (APS) în 2017 pentru serviciile sale în acest domeniu. Limita superioară pentru masa fotonului general acceptată de experți se întoarce la Ryutov. Deoarece această masă este extrem de mică, este de obicei ignorată atunci când se iau în considerare procesele atomice și nucleare. Dar chiar și o masă de fotoni infinit de mică ar putea, conform gândirii, să aibă un efect asupra fenomenelor astrofizice mari.

În timpul unui sejur la Mainz, Ryutov, gazda sa prof. Dr. Dmitry Budker de la Helmholtz Institute Mainz (HIM) și prof. Dr. Victor Flambaum, coleg la Colegiul de Cercetare Gutenberg de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz (JGU), urmărește această abordare. Cum poate influența galaxiile masa fotonică extrem de redusă? Mecanismul de bază pentru considerații se referă la forțele centripete suplimentare care sunt generate de puterile câmpului electromagnetic ca urmare a așa-numitului mecanism Proca.

Efecte la fel de puternice ca cele ale materiei întunecate?

„Efectul pe care îl investigăm teoretic aici nu este, așadar, un efect datorat gravitației suplimentare”, explică Dmitry Budker. Efectul discutat aici ar putea apărea paralel cu efectele materiei întunecate. Ar putea chiar - cu anumite ipoteze - să facă necesitatea materiei întunecate pentru descrierea curbelor de rotație complet superfluă. Curbele de rotație arată relația dintre viteza orbitală a stelelor și distanța lor de centrul galaxiei. „Plecăm de la o anumită masă de fotoni și putem arăta că această masă ar fi suficientă pentru a genera forțe suplimentare într-o galaxie care sunt aproximativ suficient de mari pentru a explica curbele de rotație”, spune Budker. „A fost un rezultat extrem de interesant pentru noi”.

Fizicienii au mers și mai departe. Te-ai uitat la formarea protostelelor și ai observat că teoria ta are alte implicații. Conform acestei teorii, stelele luminoase de lungă durată, cu o masă de câteva mase solare - inclusiv soarele nostru - au orbite extrem de eliptice. „Evident că această predicție nu este de acord cu observațiile, ceea ce înseamnă că nu putem explica totul”. Efectul forțelor Proca poate fi considerat responsabil doar pentru unele dintre caracteristicile speciale care pot fi văzute în curbele de rotație. "Momentan nu vedem masa fotonică ca soluție la problema curbei de rotație. Dar ar putea face parte din soluție", rezumă Budker. „Vrem să păstrăm o mentalitate deschisă atâta timp cât nu știm ce este cu adevărat materia întunecată”.

publicare
D. D. Ryutov, D. Budker, V. V. Flambaum, A Hypothetical Effect of the Maxwell - Proca Electromagnetic Stress on Galaxy Rotation Curves, The Astrophysical Journal 871: 2, 1 februarie 2019,
DOI: 10.3847/1538-4357/aaf63a