Testing modified gravity theory in the Milky Way

Negrelli, Carolina Soledad; Benito, María; Landau, Susana J.; Iocco, Fabio; Kraiselburd, Lucila

doi:10.1103/physrevd.98.104061

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“…Moreover, this theory can predict successfully the motion within globular clusters, and clusters of galaxies [24,25,26] as well as the rotation curves of spiral and dwarf galaxies [27,28]. Nevertheless, some of us recently showed that the MOG theory is not able to explain the observed rotation curve of the Milky Way [29]. Moreover, when analyzing the Bullet cluster data [30], there are different claims in the literature: some authors affirm that MOG cannot account for them [22] while others hold that its predictions can fit data from both the Bullet and the Train Wreck merging clusters [31,32].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Testing Modified Gravity theory (MOG) with Type Ia Supernovae, Cosmic Chronometers and Baryon Acoustic Oscillations

Negrelli

Kraiselburd

Landau

et al. 2020

J. Cosmol. Astropart. Phys.

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We analyse the MOdified Gravity (MOG) theory, proposed by Moffat, in a cosmological context. We use data from Type Ia Supernovae (SNe Ia), Baryon Acoustic Oscillations (BAO) and Cosmic Chronometers (CC) to test MOG predictions. For this, we perform χ 2 tests considering fixed values of H0 and VG, the self-interaction potential of one of the scalar fields in the theory. Our results show that the MOG theory is in agreement with all data sets for some particular values of H0 and VG, being the BAO data set the most powerful tool to test MOG predictions, due to its constraining power.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Testing Modified Gravity theory (MOG) with Type Ia Supernovae, Cosmic Chronometers and Baryon Acoustic Oscillations

Negrelli

Kraiselburd

Landau

et al. 2020

J. Cosmol. Astropart. Phys.

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“…Its main problem is the lack of a fundamental acceleration scale, making it extremely difficult to match the observed RAR. As a result, the MW rotation curve is in strong tension with MOG − for any plausible baryonic distribution, the predicted circular velocity at the Solar circle is vc, < 200 km/s (Negrelli et al 2018). However, the observed value is > 200 km/s at overwhelming significance (e.g.…”

Section: Implications For Modifications To Gravity Other Than Mondmentioning

confidence: 96%

From galactic bars to the Hubble tension: weighing up the astrophysical evidence for Milgromian gravity

Banik,

Zhao

2021

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Astronomical observations reveal a major deficiency in our understanding of physics − the detectable mass is insufficient to explain the observed motions in a huge variety of systems given our current understanding of gravity, Einstein's General theory of Relativity (GR). This missing gravity problem may indicate a breakdown of GR at low accelerations, as posited by Milgromian dynamics (MOND). We review the MOND theory and its consequences, including in a cosmological context where we advocate a hybrid approach involving light sterile neutrinos to address MOND's cluster-scale issues. We then test the novel predictions of MOND using evidence from galaxies, galaxy groups, galaxy clusters, and the large scale structure of the Universe. We also consider whether the standard cosmological paradigm (ΛCDM) can explain the observations, and review several previously published highly significant falsifications of it. Our overall assessment considers both the extent to which the data agree with each theory and how much flexibility each has when accommodating the data, with the gold standard being a clear a priori prediction not informed by the data in question. We also consider some future tests, including on scales much smaller than galaxies. Our conclusion is that MOND is favoured by a wealth of data across a huge range of astrophysical scales, ranging from the kpc scales of galactic bars to the Gpc scale of the local supervoid and the Hubble tension, which is alleviated in MOND through enhanced cosmic variance.

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“…Se indica en cada caso la masa bariónica de la Vía Láctea calculada de acuerdo a la morfología utilizada y el correspondiente (α, µ) c . Los estimadoresχ 2 equivalentes a 5σ sonχ 2 5σ = 2.41 para la compilación Huang yχ 2 5σ = 1.14 para la compilación galkin (Negrelli et al, 2018 (Negrelli et al, 2018). Figura 4.4.…”

Section: Procedimiento Y Resultadosunclassified

“…Figura 4.4. Curvas de rotación para la teoría MOG considerando los conjuntos de parámetros (α, µ) descriptos en el texto (incluyendo el que da el mejor ajuste, indicado como BF en la figura) para la morfología BF (número 28 de la Tabla 4.4) (Negrelli et al, 2018). a extender el espacio de parámetros independientemente de los valores aceptados dados por las Ecs.…”

Section: Procedimiento Y Resultadosunclassified

“…En cambio, en esta tesis se considera un número mucho mayor de trazadores de la curva de rotación de la galaxia a lo largo de toda su extensión y una descripción detallada de la estructura de la Vía Láctea. Este análisis fue realizado en colaboración con el Dr. Fabio Iocco y la Dr. María Benito del ICTP-SAIFR y gran parte de los resultados se encuentran publicados en Negrelli et al (2018).…”

Section: Predicciones De La Teoría Mog Para La Curva De Rotación De Lunclassified

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Modelos cosmológicos alternativos al Modelo Cosmológico Estándar: test locales y cosmológicos

Negrelli¹

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En esta tesis doctoral se analizaron varios aspectos de teorías alternativas a la Relatividad General (RG). El descubrimiento de la expansión acelerada del Universo a partir de las luminosidades de las supernovas tipo Ia en 1998 dio lugar a una modificación en el Modelo Cosmológico Estándar. La modificación más simple y que permite actualmente explicar todos los datos observacionales actuales consiste en incluir el término de la constante cosmológica propuesto por Einstein (técnicamente se denomina a tales cosmologías ΛCDM y constituye el Modelo Cosmológico Estándar actual que se basa en la Teoría de la Relatividad General). Sin embargo, el valor inferido observacionalmente para dicha constante no puede ser explicado utilizando las teorías físicas actuales. Por este motivo, se han propuesto teorías alternativas al Modelo Cosmológico Estándar que pueden dividirse en dos familias: i) campos escalares con acoplamiento mínimo a la gravedad y a la materia, y ii) teorías de gravitación alternativas a la Relatividad General. En el primer caso, la aceleración del Universo se puede explicar a partir de una componente adicional en el tensor de energía-momento que tiene la particularidad de tener presión negativa, a esa componente se la denomina energía oscura. En el segundo, una modificación a la teoría de gravedad de Einstein sería la responsable de la expansión acelerada del Universo. Esta tesis se enfocó en el estudio de dos familias de este último tipo de teorías: 1. Teorías f (R): en este tipo de teorías se reemplaza el escalar de Ricci R por una función del mismo. Existe tanta cantidad de teorías como funciones f (R) puedan proponerse, sin embargo, se ha demostrado que solo algunas satisfacen las cotas experimentales en el Sistema Solar recurriendo para ello a la versión escalar-tensorial de las mismas. Dicha transformación no está siempre bien definida. Por lo tanto, el cálculo de las predicciones para el parámetro post-newtoniano en el Sistema Solar sin recurrir a esa identificación era una asignatura pendiente a la hora de validar las teorías f (R). En esta tesis, se trabajó de forma analítica en el marco teórico original de la teoría (marco de Jordan) para resolver el problema de un cuerpo para el sistema Sol - corona solar - medio interestelar. Se obtuvo la predicción teórica para el parámetro post-newtoniano (PPN) γ cuyo valor se encuentra limitado experimentalmente por la sonda Cassini (que mide el efecto Shapiro) y los experimentos que ponen límites a partir de la deflexión de la luz causada por el Sol. Se han analizado cuatro familias de teorías f (R) y se encontró que en algunos casos (y para algunos parámetros de dichas teorías) la predicción teórica satisface los límites observacionales. 2. Teoría MOdified Gravity (MOG): esta teoría covariante fue propuesta por J. Moffat en el 2006 y es una modificación de la Relatividad General en la cual se introducen tres campos escalares adicionales y un campo vectorial. La particularidad de esta teoría radica en que no solo se la presenta como una explicación alternativa a la energía oscura sino que también busca reemplazar a la materia oscura. En esta tesis se ha estudiado la teoría en dos en dos escenarios muy diferentes (que implican escalas distintas): la curva de rotación de la Vía Láctea y la cosmología. En el primer caso se obtuvieron las predicciones teóricas para la curva de rotación de la Vía Láctea. Para ello, se realizó un cálculo numérico considerando diferentes y complejas morfologías bariónicas. Luego, estas predicciones fueron comparadas con dos conjuntos de observaciones de características diferentes utilizando el estimador estadístico χ 2. A partir de este análisis se concluye que la teoría, tal como se encuentra actualmente en la literatura, no puede describir la curva de rotación que se obtiene de las observaciones. Sin embargo, al considerar un rango más amplio para los parámetros de la teoría es posible encontrar una predicción estadísticamente consistente con las observaciones. En el segundo caso, se resolvieron numéricamente las ecuaciones de la métrica para un Universo isótropo y homogéneo, junto con las ecuaciones de movimiento de los campos, las cuales se encuentran acopladas. Se obtuvo la predicción teórica para la evolución de H(z) y se realizó un análisis estadístico utilizando datos recientes. Los datos utilizados provienen de las observaciones de supernovas tipo Ia de la última compilación que se encuentra en la literatura (Pantheon) y estimaciones de H(z) obtenidas con el método de los cronómetros cósmicos. Este método se basa en una técnica novedosa en la que se utiliza el cálculo de la edad diferencial de galaxias para obtener la variación del tiempo cósmico con el corrimiento al rojo. Para ambos conjuntos de datos se encontró que las predicciones de la teoría son consistentes con las observaciones al utilizar el valor dado por Moffat para el potencial de auto-interacción del campo escalar G.

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Testing modified gravity theory in the Milky Way

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