如果不是暗物质那又如何

子轸 2019年11月9日10:02:36 评论

如果不是暗物质那又如何
这位画家的印象是银河系。星系周围物质的蓝色光晕表明神秘暗物质的预期分布,这是天文学家首先引入的,用以解释星系的旋转特性,现在它也是当前星系形成和演化理论中的重要组成部分。

天文学家绘制了银河系中数百颗恒星的运动图,以便推断出太阳附近必须拖曳它们的暗物质数量。他们令人惊讶的结论?这里没有暗物质。

正如研究人员在《天体物理学杂志》即将发表的论文中所写的那样,恒星运动暗示着所有位于地球13,000光年以内的恒星在重力作用下被 我们太阳系中的 可见物质-太阳,行星和周围的气体以及灰尘-绝不是看不见的东西。

“我们的计算表明,[暗物质]应该在我们的测量中非常清楚地显示出来。但是它并不存在!” 智利康塞普西翁大学(University ofConcepción)天文学家的天文学家克里斯蒂安·莫尼·比丁(Christian Moni-Bidin)说。

如果来自智利欧洲南部天文台(ESO)的数据分析正确(几位物理学家说这是一个很大的“假设”),那么它将颠覆已有数十年历史的关于暗物质渗透到我们银河系空间的理论。 暗物质 是一种看不见的物质,被认为构成了宇宙中所有物质的80%。尽管它不与光相互作用,因此无法看到,但它的存在被用来解释为什么包括银河系在内的星系外围旋转速度比仅基于可见物质的引力要快得多。通常公认的事实是,暗物质在星系形成和演化模型中起着至关重要的作用,并且正在进行一些实验以 检测地球上的暗物质颗粒。

但是,如果暗物质不在太阳系中,那么它可能就不会存在于任何地方,因为通过银河系分布的暗物质必须非常特殊,才能避免在太空中出现该区域。莫妮·比丁(Moni-Bidin)告诉《生命的小奥秘》:“现代理论很难解释奇怪形状的[暗物质]光环的形成 。”

普林斯顿大学高级研究学院物理学教授斯科特·特雷梅恩(Scott Tremaine)表示:“如果作者的结论正确,这确实是对暗物质的严重打击。”

未来的天文学调查,例如欧洲航天局的盖亚飞行任务,将通过观察数百万而不是数百颗恒星的运动来澄清这种情况。但是与此同时,通过质疑暗物质,ESO的新发现引发了人们对近年来播出时间不多的话题的讨论:还有哪些其他理论可以解释星系的旋转,以及暗物质?如果不是暗物质-或至少不是我们预期的暗物质-那么呢?专家还有其他一些选择,尽管它们并不令人满意。

重力2.0

如果引力比牛顿和爱因斯坦想的要混乱得多,那么它就可以解释旋涡星系的快速旋转而无需暗物质。为了使 引力加速 星系边缘的恒星,它必须偏离“反平方定律”(即反重力定律以距银河系的距离乘以距离平方的平方)。换句话说,该力将需要在星系边缘突然增加。但是,要使其发挥这种作用,重力场和与之相关的方程将必须被极大地卷积。[ 人们问天体物理学家的三大问题(和答案) ]

该理论称为“修正牛顿动力学”或MOND。俄亥俄大学的天体物理学家道格拉斯·克洛(Douglas Clowe)说:“螺旋星系的最佳替代模型是替代重力理论​​MOND,因为它似乎可以在数学上重现星系自转曲线而几乎没有任何假设。”研究暗物质。

不过,克洛说,MOND不能像暗物质那样填补许多空白:它仅适用于旋涡星系。对于椭圆形星系,星系群,星系团和较大规模的结构,该理论不太适合观测,因此需要再次调用额外的物质(即暗物质)。他说:“因此,MOND不仅需要未发现的粒子来解释我们对宇宙结构的观察,还需要未发现的粒子和对重力定律的修改。”

MOND的另一个问题是,与暗物质理论一样,它与ESO的新发现不符。根据莫尼·比丁(Moni-Bidin)的说法,由于团队成员在计算中使用牛顿重力,因此MOND会预测他们在太阳系中测量的质量会出现差异。他说:“蒙蒙期望在像我们这样的作品中发现一个看不见的物质的'幻影盘'。”就像使用牛顿定律为银河系建模一样,人们可以预测暗物质。

phions的领域

加拿大外围高等研究所的物理学家约翰·莫法特(John Moffat)提出了MOND的一个子理论,称为MOG,即“修正重力”。他声称,MOG可以解释星系的奇特运动以及星系团和团簇碰撞,而无需调用任何规模的暗物质。

莫法特解释说:“我考虑了爱因斯坦的引力,并增加了这三个领域。” 其中一个场具有质量,这会在不同距离范围内引入力定律的变化。但是,为了具有质量,该场必须具有与之关联的粒子,莫法特称之为phion。而且,像暗物质粒子一样,phion的存在尚未得到验证。

温暖和黑暗

如果ESO分析是正确的,则可能仅意味着暗物质的行为与所想象的完全不同-或在空间中的分布非常不同。克洛威说:“这意味着暗物质将需要在星系内部更广泛地分布。”如果数学上使暗物质粒子的质量比目前流行的模型小,那么这(在数学上已得到证实)。 ”

根据芝加哥大学暗物质理论家道格拉斯·斯波利亚(Douglas Spolyar)的说法,较小的变种被称为温暖暗物质。“人们用它来解释两件事:一是您的暗物质轮廓中会有核心,因此暗物质在银河系的某个半径范围内保持恒定。第二,如果您在银河系中查看暗物质亚晕,[温暖的暗物质]的含量要低得多。” 这可以解释为什么ESO天文学家在我们的宇宙邻居中没有发现任何暗物质。

然而,研究人员说, 宇宙学家强烈建议使用 冷暗物质粒子,因为质量较轻的暗粒子将难以迅速形成星系,以匹配天文学家对早期宇宙的观测。

新理论

如果未来对恒星运动的调查支持ESO的发现,强烈暗示我们的银河系地区确实没有暗物质,那么宇宙学家可能不得不放弃所有当前的理论并重新开始。莫尼·比丁说:“迄今为止,还没有一种能代替暗物质范式的综合相对论理论,它能够解释从银河系旋转到星系团所有尺度的观测结果。”

普林斯顿大学的特雷马因(Tremaine)表示赞同:“我认为暗物质的任何替代品都不太可能。”

子轸

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