"Relación de discrepancia de masa-aceleración" en el paradigma ΛCDM

La relación masa-discrepancia-aceleración es una de las muchas formas en que la gente ha observado que hay una escala de aceleración en las curvas de rotación de las galaxias. Para ver esto más claramente, puedes darte cuenta de que la velocidad y la aceleración están relacionadas como$V^2/r = a$, de modo que$V^2/V_{N}^2 = a/a_N$, dónde$a$es la aceleración radial efectiva. Su trama entonces habla de la relación entre la aceleración radial observada y esperada. Este también es el tema del artículo de McGaugh, Lelli y Schombert de (2016) que usted vincula, por lo que trataré ambos resultados como el mismo problema.

Una de las primeras observaciones históricas de este tipo de relaciones sería la relación bariónica de Tully-Fisher descubierta en 1977. Lo que uno ve esencialmente en las curvas de rotación es que para la aceleración gravitacional muy por encima de un cierto$g_0 \approx 10^{-10} m s^{-2}$, las curvas de rotación concuerdan con la calculada a partir de la gravedad newtoniana y la presencia de materia, y para aceleraciones en las que la teoría newtoniana predeciría una aceleración muy por debajo de$g_0$, hay una discrepancia.

Esto llevó a M. Milgrom a publicar un artículo en 1983 proponiendo una posible modificación de la gravedad newtoniana que implementa esta escala de aceleración en un marco llamado MOND. Al ajustar este parámetro$g_0$, MOND es entonces capaz de reproducir casi a la perfección cualquiera de las relaciones masa-discrepancia-aceleración o Tully-Fisher. El artículo de McGaugh, Lelli y Schombert de (2016) hace un ajuste muy similar al que hizo Milgrom, solo con datos nuevos.

En el marco de$\Lambda$CDM, se puede explicar esta estrecha relación de aceleración entre galaxias como emergente de una combinación de efectos no lineales y disipativos. Específicamente, Keller & Wadsley (2017) incluyeron el colapso disipativo de bariones en su simulación cosmológica y obtuvieron exactamente las relaciones a las que se vincula. No diría que este problema está completamente resuelto, y seguramente se debe invertir más trabajo para comprender completamente esta escala de aceleración universal en cosmología.

La respuesta de Void es perfectamente buena, pero agregaré un par de pensamientos de todos modos, abordando específicamente sus "preguntas concretas".

En cuanto a cómo se puede reconciliar este fenómeno con ΛCDM, en pocas palabras, la imagen propuesta es que las galaxias no se forman al azar en sus halos de materia oscura: existen fuertes correlaciones entre el tamaño, la masa (estelar/de gas) y la masa del halo. El origen de estas correlaciones no es especialmente sencillo (la formación de galaxias es un problema de física complicado), pero uno de los resultados empíricos es la existencia de tales correlaciones. Ocurre que estas correlaciones dan lugar a la relación de discrepancia de masa-aceleración (MDAR). Podrían existir en principio galaxias que no mienten en la relación, pero parece que las leyes de la naturaleza no hacen que se formen. Este tipo de argumentos se han discutido recientemente en, por ejemplo, Di Cintio & Lelli (2016) , Keller & Wadsley (2017) ,Ludlow et al. (2017) , Navarro et al. (2017) . (En aras de la transparencia, soy autor de los dos últimos).

En cuanto a si el MDAR está relacionado con la relación discutida en el artículo PRL de McGaugh, Lelli & Schombert (2016) que vinculó, sí, mucho: lo que ellos denominan relación de aceleración radial (RAR) es en realidad solo el MDAR parametrizado de manera ligeramente diferente . De hecho, los últimos 3 artículos que vinculé anteriormente se publicaron como respuestas más o menos directas al artículo de PRL, y F. Lelli es un autor común en el restante.