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盡管暗物質(zhì)（dark matter）是標準宇宙學模型的核心部分，但它并非沒有問題。 關于這些東西仍然存在著令人費解的謎團，其中最重要的是科學家們至今尚未發(fā)現(xiàn)其直接粒子證據(jù)。盡管進行了大量搜索，科學家們?nèi)晕礄z測到暗物質(zhì)粒子。因此，一些天文學家傾向于替代方案，例如修正牛頓動力學 (MoND) 或修正引力模型。他們的猜測得到了一項來自關于銀河自轉(zhuǎn)的新研究的支持。

牛頓動力學是受到銀河自轉(zhuǎn)的啟發(fā)。星系中的大部分可見物質(zhì)都聚集在中間，因此我們可以推測出靠近中心的恒星的軌道速度會比距離較遠的恒星更快，類似于我們太陽系的行星。但我們觀察到的是，一個星系中的恒星都以大致相同的速度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)曲線基本上是平坦的而不是下降的。暗物質(zhì)解決方案是星系被不可見物質(zhì)的光環(huán)包圍，但在1983年，米爾格羅姆(Mordehai Milgrom)認為我們的引力模型可能是錯誤的。在星際距離上，恒星之間的引力本質(zhì)上是牛頓引力。因此，米爾格羅姆沒有修改廣義相對論，而是提議修改牛頓的萬有引力定律。他認為，引力不是作為純粹的平方反比關系的吸引力，而是無論距離如何都具有很小的殘余拉力。這個殘余物只有 G 的 10 萬億分之一左右，但足以解釋銀河自轉(zhuǎn)曲線。

當然，只要給牛頓引力加上一個小項就意味著你還必須修改愛因斯坦方程。所以牛頓動力學以各種方式被概括，例如 AQUAL，代表“二次拉格朗日”。AQUAL 和Λ-冷暗物質(zhì)(Lambda cold dark matter, LCDM)模型都可以解釋觀測到的星系自轉(zhuǎn)曲線，但存在一些細微差別。其中一個區(qū)別在于內(nèi)軌道恒星與外軌道恒星的旋轉(zhuǎn)速度。對于LCDM，兩者都應受物質(zhì)分布支配，因此曲線應該是平滑的。由于理論的動態(tài)，AQUAL預測曲線會出現(xiàn)微小的扭結(jié)。它太小了，無法在單個星系中進行測量，但從統(tǒng)計學上講，內(nèi)部和外部速度分布之間應該有一個小的偏移。

因此，這篇論文的作者研究了152個星系的高分辨率速度曲線，他發(fā)現(xiàn)了一個與 AQUAL 一致的轉(zhuǎn)變，這些數(shù)據(jù)似乎支持修正引力，而不是標準的暗物質(zhì)宇宙論。雖然結(jié)果令人興奮，但它并沒有最終推翻暗物質(zhì)。AQUAL 模型有其自身的問題，例如它與觀察到的星系引力透鏡不一致。該研究已經(jīng)發(fā)表在arXiv上。

該研究論文題為"Distinguishing Dark Matter, Modified Gravity, and Modified Inertia with the Inner and Outer Parts of Galactic Rotation Curves"，已發(fā)表在arXiv上，主要作者為Kyu-Hyun Chae。

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參考資料：DOI: 10.48550/arxiv.2207.11069

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