谁才是真正的银河护卫者?

作者: Zwicky

来源: 原理

发布日期: 2017-05-09

文章讨论了宇宙中守护星系的超级英雄,即暗物质和修正牛顿引力理论(MoND),分析了它们在解释星系自转速度和物质分布中的作用,并指出在探测到暗物质之前,MoND仍是一个有力的竞争者。

最近,刚上映的电影《银河护卫队2》中几只蠢萌天团成员圈粉无数,小编尤其喜欢萌得让人不能自已的Baby Groot!除了在漫威里叱咤风云的这几位银河拯救者,你知道宇宙中其实真的存在守护星系的超级英雄吗?在争夺超级英雄这一称号时,有两位候选者进行了一场正面交锋。上个世纪,当天文学家观测星系的运动时,他们意外的发现,星系转的太快了!如果仅仅用星系内部所包含的可见物质计算,那么它们早就应该分崩离析。

简单的说,银河系就不会存在。为了解释是什么样的神秘力量在维护着星系的和平,科学家提出了两种可能性。一种是暗物质,它能够产生引力作用,从而帮助将星系聚集在一起而不至于被撕碎。当然,如果你问暗物质究竟是什么,没有人知道,但科学家提出了许多种可能性。然而,暗物质并不是唯一的选择。

1981年,Moti Milgrom提出了“修正牛顿引力理论”(MoND),他发现如果我们将牛顿引力中的加速度稍微改变一点点,就可以解释这些星系的自转速度。这样的修正可以解释所有的星系自转,从最小的到最大的,而且至今都跟观测符合的相当好。

然而,在过去暗物质一直更加备受青睐,因为它能够解释一系列现象,比如大尺度星系团以及螺旋星系内的气体和尘埃运动等。

而MoND虽然能够非常好的解释星系的自转问题,但是它所能做非常局限。或许MoND本身就不是一个完整的理论,它只是完整理论中的一部分,解释了其中一个现象。这样的想法有很多追随者,很多人都在研究MoND的延伸理论,但目前并没有一个理论能够脱引而出。但是,只要科学家没有在探测器中发现暗物质的踪迹,对引力进行修正都将是强有力的竞争者。而且,去年的时候,科学家发现星系的自转似乎和可见物质的分布存在着相关性。

这使暗物质受到了挑战,而MoND模型却得到了复兴。

然而在一个最新的研究中[1],科学家利用计算机模拟,不仅考虑了星系中的恒星和暗物质,也包括了星际气体。在模拟星系的形成和演化中,他们同样发现了物质的分布和它们的自转之间的相关性。同时,他们也发现了,在他们的模型中的星系的质量、大小和光度之间的关系,跟观测的相符。因此暗物质在解释星系的自转动力学中,跟MoND表现的同样出色。

当然,或许你会说这只是计算机模拟出来的结果。但是,就在前几天,哈勃太空望远镜发布几张全新的图片。这些图片不仅显示了宇宙中的星系要比我们想象中的多的多,同时也暗示着或许有更多的暗物质存在。

这个现象被称作引力透镜,它会将星系拉伸成条纹和弧形,并放大他们,形成多个图像。然而,引力透镜最神奇的作用是帮助我们重建星系团的物质分布。科学家发现,星系团大部分的质量都来自暗物质,才能够解释观测到的引力效应。当然,这并没能够完全排除MoND的可能性。因为在真正探测到暗物质前,谁也无法确定守护星系的超级英雄就是暗物质。

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