[논문 리뷰] On the rotation curves of galaxies at low and high redshifts

C. E. Navia|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 09.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 열역학적 우주의 역사와 우주론적 중력 이론을 통해 은하 회전곡선을 연결하는 데이비의 중력 이론(DGT)을 제안한다. 이 이론은 암흑 에너지와 관련된 델타 함수 유사한 비틀림 힘에 의해 z ≈ 0.77에서 뉴턴적(감소하는) 및 몰디안적(상승하는) 영역 간의 불연속적 전이를 예측하며, 암흑 에너지를 사전에 가정하지 않고도 암흑 에너지의 새로운 관측적 서명을 제공한다.

ABSTRACT

The thermal history of the Universe is included in the Debye Gravitational Theory (DGT) to describe the speed of rotation of the galaxies. The DGT incorporate the temperature of Debye in the entropic gravitational theory. According to the DGT, the expression of the rotation of the galaxies is not a continuous function of the redshift, there is a discontinuity at $\sim 0.77$. According to their redshift, the galaxies form two groups. (a) Those with redshift above 0.77 with declining rotation curves like $R^β$ with $β\leq -0.5$ (Newtonian regime). (b) Those with redshift below 0.77 with rising rotation curves like $R^β$ with $β\geq 0$ (Mondian regime). At $z\sim 0.77 $ an extra boost (Dirac delta-like twisting force) led the galaxies to spin very fast.This scenario is consistent with a mysterious entity such as the dark energy and that at $z\sim 0.77 $, in addition to accelerating the expansion, boosted the rotation of the galaxies again, inducing a transition between the Newtonian regime to the Mondian regime. It is possible to check that the characteristics on galaxy rotations provided by the DGT for a broad range of redshift from $z\sim 4$ to $z=0$ are in agreement with the observations. We believe that the change in the form of rotation of galaxies at $z\sim 0.77$ is new evidence for the hypothesis of dark energy.

연구 동기 및 목표

• 우주의 시간에 따라 은하 회전곡선을 열역학적으로 근거를 둔 중력 이론을 사용하여 설명하는 것.
• 관측된 z ≈ 0.77에서의 회전곡선 형태의 전이가 암흑 에너지와 관련된 물리적 메커니즘에 기인할 수 있는지 조사하는 것.
• 암흑 에너지를 사전에 가정하지 않고도 데이비의 중력 이론(DGT)이 관측된 회전곡선 경향을 재현할 수 있는지 테스트하는 것.
• 델타 함수 유사한 힘을 통해 우주의 가속 팽창의 시작과 함께 은하의 회전 속도가 급격히 증가하는 것을 연결하는 것.
• 다른 적색편이에서 은하 회전곡선의 형태를 통해 암흑 에너지에 대한 새로운 관측적 테스트를 제공하는 것.

제안 방법

• DGT는 홀로그래픽 스크린 위에서 진동 모드(포논)를 통해 중력 효과를 모델링하는 엔트로피 중력에 데이비 온도를 통합한다.
• 이 이론은 고적색편이(고온)에서 뉴턴적, 저적색편이(저온)에서 몰디안적이라는 두 점근적 영역을 도출한다.
• z ≈ 0.77에서 데이비 델타 함수 유사한 비틀림 힘을 통해 각속도의 급격한 증가를 모델링함으로써 회전곡선 행동의 불연속성을 도입한다.
• 우주 마이크로파배경 온도의 진화를 사용하여 적색편이를 온도로 매핑함으로써 열역학적 역사와 중력 역학을 연결한다.
• z = 0.77에서 암흑 에너지 밀도를 ρ_D = 1.78 × 10⁻⁴⁶ GeV⁴로 계산하며, 이는 임계 밀도 정규화와 일치한다.
• DGT 프레임워크 내에서 현재 우주의 팽창 가속도를 a = 4.1 × 10⁻⁹ m/s²로 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하 회전곡선의 형태가 z ≈ 0.77에서 불연속적 전이를 보이며, 이는 열역학적 중력 모델 내의 물리적 힘에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 데이비의 중력 이론이 암흑 에너지를 사전에 가정하지 않고도 적색편이 범위 전체에서 감소하는(뉴턴적) 및 상승하는(몰디안적) 회전곡선을 재현할 수 있는가?
• RQ3 관측된 전이가 우주의 가속 팽창의 시작과 동시에 발생하며, 이는 비틀림 힘의 공통 기원을 암시하는가?
• RQ4 DGT가 은하 회전곡선 데이터와 열역학적 역사만을 사용하여 z ≈ 0.77에서 암흑 에너지 밀도를 예측할 수 있는가?
• RQ5 DGT는 z ≈ 0.77 근처에서 은하 수의 관측된 부족함에 대해 어떤 의미를 지니며, 이는 은하 역학의 물리적 전이의 신호인가?

주요 결과

• DGT는 z ≈ 0.77에서 뉴턴적(감소하는) 및 몰디안적(상승하는) 영역을 분리하는 은하 회전곡선 행동의 불연속적 전이를 예측한다.
• z > 0.77인 은하들은 R⁻⁰.⁵보다 더 빠르게 감소하는 회전곡선을 보이며, z ≈ 1.52에서의 고적색편이 은하 관측과 일치한다.
• z < 0.77인 은하는 몰디안 영역에 있으며, 저적색편이에서 평탄해지는 상승하는 회전곡선을 보이며, 근처 은하의 평탄한 곡선과 일치한다.
• z = 0.77에서의 암흑 에너지 밀도는 ρ_D = 1.78 × 10⁻⁴⁶ GeV⁴로 계산되며, DGT 프레임워크와 임계 밀도 정규화로부터 유도된다.
• 현재 우주의 팽창 가속도는 a = 4.1 × 10⁻⁹ m/s²로 예측되며, DGT의 열역학적 기원에 기반한 중력과 일치한다.
• 이 모델은 z ≈ 0.77 근처에서 은하 수의 관측된 부족함을 중력 영역 간 전이의 서명으로 설명하며, 특히 별 형성 오염이 최소한인 AGN 샘플에서 뚜렷하게 나타난다.