重磅！新研究?jī)A向于修正引力作為對(duì)暗物質(zhì)的解釋|環(huán)球觀點(diǎn)

(資料圖)

盡管暗物質(zhì)（dark matter）是標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的核心部分，但它并非沒(méi)有問(wèn)題。 關(guān)于這些東西仍然存在著令人費(fèi)解的謎團(tuán)，其中最重要的是科學(xué)家們至今尚未發(fā)現(xiàn)其直接粒子證據(jù)。盡管進(jìn)行了大量搜索，科學(xué)家們?nèi)晕礄z測(cè)到暗物質(zhì)粒子。因此，一些天文學(xué)家傾向于替代方案，例如修正牛頓動(dòng)力學(xué) (MoND) 或修正引力模型。他們的猜測(cè)得到了一項(xiàng)來(lái)自關(guān)于銀河自轉(zhuǎn)的新研究的支持。

牛頓動(dòng)力學(xué)是受到銀河自轉(zhuǎn)的啟發(fā)。星系中的大部分可見(jiàn)物質(zhì)都聚集在中間，因此我們可以推測(cè)出靠近中心的恒星的軌道速度會(huì)比距離較遠(yuǎn)的恒星更快，類(lèi)似于我們太陽(yáng)系的行星。但我們觀察到的是，一個(gè)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(jiàn)物質(zhì)的光環(huán)包圍，但在1983年，米爾格羅姆(Mordehai Milgrom)認(rèn)為我們的引力模型可能是錯(cuò)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(méi)有修改廣義相對(duì)論，而是提議修改牛頓的萬(wàn)有引力定律。他認(rèn)為，引力不是作為純粹的平方反比關(guān)系的吸引力，而是無(wú)論距離如何都具有很小的殘余拉力。這個(gè)殘余物只有 G 的 10 萬(wàn)億分之一左右，但足以解釋銀河自轉(zhuǎn)曲線。

當(dāng)然，只要給牛頓引力加上一個(gè)小項(xiàng)就意味著你還必須修改愛(ài)因斯坦方程。所以牛頓動(dòng)力學(xué)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(cè)到的星系自轉(zhuǎn)曲線，但存在一些細(xì)微差別。其中一個(gè)區(qū)別在于內(nèi)軌道恒星與外軌道恒星的旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)于LCDM，兩者都應(yīng)受物質(zhì)分布支配，因此曲線應(yīng)該是平滑的。由于理論的動(dòng)態(tài)，AQUAL預(yù)測(cè)曲線會(huì)出現(xiàn)微小的扭結(jié)。它太小了，無(wú)法在單個(gè)星系中進(jìn)行測(cè)量，但從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講，內(nèi)部和外部速度分布之間應(yīng)該有一個(gè)小的偏移。

因此，這篇論文的作者研究了152個(gè)星系的高分辨率速度曲線，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的暗物質(zhì)宇宙論。雖然結(jié)果令人興奮，但它并沒(méi)有最終推翻暗物質(zhì)。AQUAL 模型有其自身的問(wèn)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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