銀河系旋轉(zhuǎn)新研究修正引力成為暗物質(zhì)的主要解釋 _銀河系

銀河系旋轉(zhuǎn)新研究修正引力成為暗物質(zhì)的主要解釋
據(jù)cnBeta：盡管暗物質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的一個(gè)核心部分，但它并非沒有問題。關(guān)于這種物質(zhì)仍然存在著令人不安的謎團(tuán)，其中最重要的一點(diǎn)是，科學(xué)家們沒有發(fā)現(xiàn)它的直接粒子證據(jù) 。盡管進(jìn)行了多次搜索，我們還沒有探測到暗物質(zhì)粒子。因此，一些天文學(xué)家贊成一種替代方案，如修正牛頓動力學(xué)（MoND）或修正引力模型。而一項(xiàng)關(guān)于銀河系旋轉(zhuǎn)的新研究似乎支持他們。
MoND的想法是受銀河系旋轉(zhuǎn)的啟發(fā) 。一個(gè)星系中的大部分可見物質(zhì)都聚集在中間，所以人們會想到，靠近中心的恒星會比遠(yuǎn)離中心的恒星有更快的軌道速度，類似于我們太陽系的行星。科學(xué)家已經(jīng)觀察到，一個(gè)星系中的恒星都以差不多的速度旋轉(zhuǎn) 。旋轉(zhuǎn)曲線基本上是平坦而不是逐漸下降的。暗物質(zhì)的解決方案是星系被看不見的物質(zhì)的光環(huán)所包圍，但在1983年，莫德海-米爾格羅姆認(rèn)為我們的引力模型一定是錯(cuò)誤的。

典型螺旋星系M33的旋轉(zhuǎn)曲線（黃色和藍(lán)色的點(diǎn)，帶誤差條）和根據(jù)可見物質(zhì)的分布預(yù)測的曲線（白線）。兩條曲線之間的差異是通過在星系周圍增加一個(gè)暗物質(zhì)暈來解釋的。
在星際距離上，恒星之間的引力吸引力基本上適用于牛頓理論。因此，米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(rèn)為，與其說吸引力是一個(gè)純粹的平方反比關(guān)系，不如說無論距離遠(yuǎn)近，引力都有一個(gè)小小的殘余拉力。這個(gè)殘余力只有大約10萬億分之一吉，但它足以解釋銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線。
當(dāng)然，僅僅在牛頓的引力中加入一個(gè)小項(xiàng)，就意味著你也必須修改愛因斯坦的方程式。所以MoND已經(jīng)被以各種方式概括了，比如AQUAL，它代表了A Quadradic Lagrangian 。AQUAL和標(biāo)準(zhǔn)的LCDM模型都可以解釋觀察到的銀河系旋轉(zhuǎn)曲線，但有一些微妙的區(qū)別。

測量的內(nèi)外恒星運(yùn)動之間的轉(zhuǎn)變。資料來源：Kyu-Hyun Chae
這就是最近一項(xiàng)研究的意義所在。AQUAL和LCDM之間的一個(gè)區(qū)別在于內(nèi)軌道恒星與外軌道恒星的旋轉(zhuǎn)速度。對于LCDM來說，兩者都應(yīng)該受物質(zhì)分布的制約，所以曲線應(yīng)該是平滑的。AQUAL預(yù)測，由于理論的動態(tài)作用，曲線上有一個(gè)微小的彎曲。它太小了，無法在一個(gè)星系中測量，但是從統(tǒng)計(jì)學(xué)上看，在內(nèi)部和外部的速度分布之間應(yīng)該有一個(gè)小的轉(zhuǎn)變。
因此，這篇論文的作者研究了斯皮策測光和精確旋轉(zhuǎn)曲線（SPARC）數(shù)據(jù)庫中觀察到的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)暗物質(zhì)宇宙學(xué) 。
這個(gè)結(jié)果令人振奮，但它并沒有決定性地推翻暗物質(zhì) 。但AQUAL模型也有自己的問題，例如它與觀察到的星系的引力透鏡不一致，但這卻是一個(gè)弱勢理論的勝利。