我們就是搞不懂暗物質(zhì)。它解決了許多宇宙學(xué)的謎團(tuán)，但它仍在逃避我們的一些最佳預(yù)測(cè)。

暗物質(zhì)之所以得名，是因?yàn)樗慌c電磁場(chǎng)相互作用，也就是說它不產(chǎn)生或反射光。雖然我們不能直接探測(cè)到它，但天體物理學(xué)家相當(dāng)肯定它的存在是由于它的引力影響。早在1884年，開爾文勛爵就觀察了銀河系中心附近恒星的速度，知道它們的速度不能僅用可見物質(zhì)來解釋。他推斷我們銀河系中的絕大多數(shù)物質(zhì)是看不見的。從那時(shí)起，暗物質(zhì)的證據(jù)不斷積累。今天，天體物理學(xué)家用它來解釋一切，從星系的旋轉(zhuǎn)到宇宙微波背景的構(gòu)成，因?yàn)榘滴镔|(zhì)的引力似乎是謎題中缺失的一部分。事實(shí)上，人們的共識(shí)是它約占宇宙物質(zhì)的85%，盡管我們?nèi)噪y以解釋它是由什么組成的。

然而，問題是暗物質(zhì)并不總是存在于它應(yīng)該存在的地方。例如，波恩大學(xué)和圣安德魯斯大學(xué)的天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們?cè)谠撗芯恐袑ふ伊烁＜{斯星系團(tuán)中矮星系周圍暗物質(zhì)暈的證據(jù)。根據(jù)Lambda-CDM模型，我們最簡(jiǎn)潔的宏觀宇宙模型，大多數(shù)星系都應(yīng)該被暗物質(zhì)暈所包圍。這些光環(huán)被認(rèn)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)光中心，構(gòu)成了銀河系物質(zhì)的絕大多數(shù)，一些估計(jì)認(rèn)為銀河系的暗物質(zhì)光環(huán)占95%。

之所以選擇Fornax星系團(tuán)，是因?yàn)樗陌窍滴挥趲讉€(gè)大星系的附近，這些星系的影響可以用來檢測(cè)暗物質(zhì)暈的存在與否。根據(jù)我們對(duì)宇宙的理解，如果光暈存在，矮星系將受到潮汐力的保護(hù)，這意味著它們不會(huì)受到擾動(dòng)。由于暗物質(zhì)暈具有如此強(qiáng)大的引力影響，它們的存在將足以幫助矮星系保持其形狀。如果沒有光環(huán)，較大的星系將拉動(dòng)、扭曲或摧毀其較小的鄰居。

該小組根據(jù)矮星系的組成和接近星系團(tuán)中心的程度計(jì)算了矮星系的預(yù)期擾動(dòng)水平。越靠近中心，密度越小，受到的干擾就越大。通過將他們的計(jì)算結(jié)果與歐洲南方天文臺(tái)VLT觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，他們能夠得出結(jié)論，他們沒有受到暗物質(zhì)暈的保護(hù)。他們說，“觀測(cè)到的Fornax星團(tuán)中矮星系的變形以及朝向其中心的低表面亮度矮星的缺乏與 CDM的預(yù)期不相容。”

這一結(jié)果的影響是深遠(yuǎn)的。如果暗物質(zhì)暈不像人們想象的那樣普遍，那么暗物質(zhì)可能沒有構(gòu)成宇宙中大多數(shù)物質(zhì)。這也可能意味著暗物質(zhì)根本不存在。如果這兩個(gè)都是真的，那么我們需要回到繪圖板。

一種對(duì)立的解釋是修正牛頓動(dòng)力學(xué)或MOND。牛頓的原始萬有引力定律指出，兩個(gè)質(zhì)量之間的引力與它們之間距離的平方成反比，與它們的乘積成正比。1687年，牛頓在《原理》中提出了這一想法，并很快成為物理學(xué)的支柱之一。然而，1983年，以色列物理學(xué)家莫爾德?！?span id="iuhclu7" class="wpcom_tag_link">米爾格羅姆意識(shí)到，恒星的速度比預(yù)期的要大，可以通過調(diào)整這個(gè)方程來解釋。他發(fā)現(xiàn)用這個(gè)方程來計(jì)算向心加速度并不能解釋恒星的速度，尤其是在星系外圍的速度。相反，向心加速度平方產(chǎn)生的結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果一致，就像線性處理它們之間的距離而不是其平方一樣。因此，MOND提供了沒有暗物質(zhì)的解決方案。事實(shí)上，當(dāng)波恩和圣安德魯斯的團(tuán)隊(duì)使用米爾格羅姆的修正方程時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)

這是“與蒙德完全一致的”

這樣的結(jié)果是有爭(zhēng)議的。這似乎意味著不僅暗物質(zhì)不存在，而且經(jīng)典動(dòng)力學(xué)定律可能是錯(cuò)誤的。當(dāng)然，這讓科學(xué)界既感興趣又惱火。一方面，暗物質(zhì)和經(jīng)典動(dòng)力學(xué)已經(jīng)無數(shù)次證明了它們的有用性。但另一方面，我們似乎發(fā)現(xiàn)了一些不起作用的例子。這一切意味著什么很難說。但可以肯定的是，暗物質(zhì)如果存在，在可預(yù)見的未來將繼續(xù)是一個(gè)棘手的對(duì)手。這項(xiàng)研究的作者相信暗物質(zhì)的概念可能最終會(huì)被擱置。

作者：小蓋