(相关资料图)
尽管暗物质是标准宇宙学模型的一个核心部分,但它并非没有问题。关于这种物质仍然存在着令人不安的谜团,其中最重要的一点是,科学家们没有发现它的直接粒子证据。尽管进行了多次搜索,我们还没有探测到暗物质粒子。因此,一些天文学家赞成一种替代方案,如修正牛顿动力学(MoND)或修正引力模型。而一项关于银河系旋转的新研究似乎支持他们。
MoND的想法是受银河系旋转的启发。一个星系中的大部分可见物质都聚集在中间,所以人们会想到,靠近中心的恒星会比远离中心的恒星有更快的轨道速度,类似于我们太阳系的行星。科学家已经观察到,一个星系中的恒星都以差不多的速度旋转。旋转曲线基本上是平坦而不是逐渐下降的。暗物质的解决方案是星系被看不见的物质的光环所包围,但在1983年,莫德海-米尔格罗姆认为我们的引力模型一定是错误的。
典型螺旋星系M33的旋转曲线(黄色和蓝色的点,带误差条)和根据可见物质的分布预测的曲线(白线)。两条曲线之间的差异是通过在星系周围增加一个暗物质晕来解释的。
在星际距离上,恒星之间的引力吸引力基本上适用于牛顿理论。因此,米格罗姆没有修改广义相对论,而是提议修改牛顿的万有引力定律。他认为,与其说吸引力是一个纯粹的平方反比关系,不如说无论距离远近,引力都有一个小小的残余拉力。这个残余力只有大约10万亿分之一吉,但它足以解释银河系的旋转曲线。
当然,仅仅在牛顿的引力中加入一个小项,就意味着你也必须修改爱因斯坦的方程式。所以MoND已经被以各种方式概括了,比如AQUAL,它代表了A Quadradic Lagrangian。AQUAL和标准的LCDM模型都可以解释观察到的银河系旋转曲线,但有一些微妙的区别。
测量的内外恒星运动之间的转变。资料来源:Kyu-Hyun Chae
这就是最近一项研究的意义所在。AQUAL和LCDM之间的一个区别在于内轨道恒星与外轨道恒星的旋转速度。对于LCDM来说,两者都应该受物质分布的制约,所以曲线应该是平滑的。AQUAL预测,由于理论的动态作用,曲线上有一个微小的弯曲。它太小了,无法在一个星系中测量,但是从统计学上看,在内部和外部的速度分布之间应该有一个小的转变。
因此,这篇论文的作者研究了斯皮策测光和精确旋转曲线(SPARC)数据库中观察到的152个星系的高分辨率速度曲线。他发现了一个与AQUAL一致的转变。这些数据似乎支持修正引力而不是标准暗物质宇宙学。
这个结果令人振奋,但它并没有决定性地推翻暗物质。但AQUAL模型也有自己的问题,例如它与观察到的星系的引力透镜不一致,但这却是一个弱势理论的胜利。