Dark matter problem and alternative solutions

Other Title(s)

المادة المظلمة و حلول بديله

Dissertant

Bani Abduh, Raid Ziyad Ahmad

Thesis advisor

Musa, Marwan Sulayman Musa
Sabat, Hanna Antoine

University

Mutah University

Faculty

Faculty of Science

Department

Department of physics

University Country

Jordan

Degree

Master

Degree Date

2020

Arabic Abstract

المادة المظلمة هي نموذج مقبول بين علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات، والذي يقترح لتفسير ارتفاع سرعات الدوران في المجرات أكثر مما يمكن الحصول عليه من خلال كمية المادة العادية (الباريونية) وحدها.

ولكن تبقى المشكلة أن جميع التجارب لاكتشاف جسيمات مرشحة لأن تكون هي المادة المظلمة قد أعطت نتائج سلبية حتى الآن .Araud et al (201)، وهو أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت بعض علماء الفيزياء الفلكية يبحثون عن بعض البدائل للمادة المظلمة.

إن الديناميكا النيوتونية المعدلة (MOND) هي .

فرضية تقترح تعديل قوانين نيوتن لمراعاة الخصائص المرصودة للمجرات وتعتبر ديناميكا بديلة للمادة المظلمة من حيث تفسير لماذا لا يبدو أن المجرات تخضع لقوانين الفيزياء المفهومة حاليا.

حاولنا في هذه الأطروحة الخروج عن نموذج المادة المظلمة واستخدام نسختنا من الديناميكية النيوتنية المعدلة (MOND).

لأجل أن تخرج سرعة الدوران في المناطق الخارجية من أقراص المجرة عن السلوك الكباري، افترضنا أنه على مسافات كبيرة من مركز المجرة ، تنطبق إحدى الافتراضات التالية (1) إما أن يكون ثابت الجاذبية ، 6 ، هو دالة في المسافة = G) ، ربما نتيجة لمفهوم أن الاقتران الجانبي معتمد على النطاق، أو (2) أن تكون نسبة كتلة الجاذبية إلى كتلة القصور هي دالة في المسافة (۲) ۴ ، أي أنه قد يكون هناك انتهاك لمبدأ التكافؤ ضمن هذه النطاقات الواسعة من المسافة.

لقد قمنا أيضاً بإجراء بتقريب خطي لكلتا الدالتين : , G = ) وكذلك : mg/mi : G: f (r) ≈ 1 + C1 r ؛ و اللتين أنتجتا عاملين (بارامترين جديدين، احتجنا لأن نحدد قيمة كل منهما معامل الرتبة الأولى لاقتران الجاذبية، و C1 : معامل الرتبة الأولى لنسبة كتلة الجاذبية إلى كتلة القصور و باستخدام قيم مختلفة للعوامل في نموذجنا، قمنا بإنتاج منحنيات دوران نظرية مختلفة للمجرات، من أجل وضع بعض القيود على قيم هذه العوامل.

ثم قمنا بدراسة بعض منحنيات دوران المجرات المنشورة، و استخدمناها بتقدير قيم مجموعة من الكميات الفيزيائية الفلكية المتعلقة بالعوامل المتغيرة في نموذجنا استنتجنا في النهاية أن نموذجنا يعطي سلوكًا مقبولا لمنحنيات دوران المجرات من الناحية النوعية، خاصة على مسافات كبيرة من مركز المجرة.

خلافاً لفرضية Milgrom التي تتطلب وجود قيمة ثابتة للتسارع الحرج قبل أن تلعب تأثيرات MOND دورا مهما، يشير نموذجنا إلى وجود مسافة حرجة، تصبح عندها تأثيرات MOND مهمة، و بحسب تقديرنا الحالي فهو يتراوح بين 7.8 × 1019 متر إلى 7.1 × 1020 متر )2.5 كيلو فرسخ إلى 23 كيلوفرسخ).

لكن هناك حاجة إلى المزيد من البيانات و التحليلات الرصدية لاختبار نموذجنا و لتقييد قيم معاملاته بشكل أكبر و أكثر دقة.

English Abstract

Dark matter is an accepted paradigm among astrophysicists, which is proposed to explain the higher rate of rotation in galaxies.

But the problem remains that all experiments to detect particles that might be dark matter candidates have given negative results so far (Arnaud et al., 2019), which is one of the main reasons why some astrophysicists began to search for some alternatives to dark matter.

Modified Newtonian dynamics (MOND) is a hypothesis that proposes a modification of Newton's laws to account for the observed properties of galaxies.

It is an alternative to dark matter in terms of explaining why galaxies do not appear to obey the currently understood laws of physics.

We have attempted in this thesis to use our version of the modified Newtonian dynamics (MOND).

In order for the rotation speed in the outer regions of the galactic disks to divert from the Keplerian behavior, we assumed that at large distances from the galactic center, one of the following assumptions applies: (i) either the gravitational constant, G, is a function of distance: G = G(r), probably as a result of a scale-dependent gravitational coupling, or, (ii) the gravitational-to-inertial mass ratio, is a function of distance: f(r), i.e., it violates the equivalence principle at such distance-scales.

For our purposes, we took a linear approximation of both functions: G(r) ≈ G0+G1 r and mg/mi = f (r) ≈ 1 + C1 r; from which two new parameters appeared and had to determined: G1, the first-order coefficient of gravitational coupling, and C1, the first-order coefficient of gravitational-to-inertial mass ratio.

Using various values of our model parameters, we have generated various theoretical galactic rotation curves, in order to set some limitations on the values of these parameters.

Then, we have examined some published observational rotation curves for a number of galaxies, from which we have derived various astrophysical quantities related to our model parameters.

Main Subjects

Physics

No. of Pages

106

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-1380615