暗物质可以战胜竞争对手的理论吗?

暗物质可以战胜竞争对手的理论吗?

关于像烟花星系这样的螺旋星系的运动,争论呈现出惊人的规律性。

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暗物质可以战胜竞争对手的理论吗?

对神秘暗物质存在的长期闷烧争执正在升温。 几十年来,一些科学家认为暗物质 - 被认为构成宇宙中85%物质的东西 - 无法解释螺旋星系运动中的普遍模式,例如我们的银河系。 相反,他们建议修改牛顿的运动定律。 现在,一位领先的理论家认为,暗物质毕竟可以解释这种模式,可能会在竞争理论,修正牛顿动力学(MOND)之下敲开钉子。

“这是我在暗物质背景下看到的最引人注目的论文,为什么会出现这种关系,”加州大学欧文分校的宇宙学家詹姆斯布洛克说。 这篇新论文试图反驳最近由俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学的天文学家Stacy McGaugh提出的一个精致的MOND案例。 但是,MOND解释的主要倡导者McGaugh表示,理论家们“还有很长的路要走,才能说服他们认真解决这个问题,更不用说解决问题了。”

在20世纪60年代,包括已故Vera Rubin在内的天文学家首先追踪了在螺旋星系中流传的恒星。 他们预计恒星的速度会随着与星系心脏距离的增加而减慢,就像冥王星绕太阳运行的速度比地球更慢。 相反,外星的速度仍然很高,这表明一些看不见的暗物质提供了阻止它们飞入太空所需的额外重力。 宇宙学的标准模型现在假设一个星系在一个巨大的云或暗物质的光环内形成。

但暗物质从未被直接检测过,1983年,以色列雷霍沃特魏兹曼科学研究所的物理学家莫迪海米尔格罗姆提议改用牛顿着名的第二运动定律,该定律表明物体的加速度与其上的力相称。 。 当一颗恒星围绕一个星系,重力将它加速到中心。 Milgrom推测,在低于阈值的加速度下,如在星系的外围,牛顿定律的变化会为同一力量产生更大的加速度。 这将使外星在没有暗物质及其超重力的情况下更快地循环。

许多研究人员认为MOND是临时性的,但McGaugh长期以来认为还有更多。 2016年11月,他和两位同事在物理评论快报中分析了153个螺旋星系并展示了一个令人惊讶的普遍趋势。 他们发现,在星系中,恒星的速度,以及它们的向内加速度,可以通过恒星和气体的分布来预测。 McGaugh说,用暗物质很难解释,因为普通和暗物质应该独立分布。 但它符合这样一种观点,即通过MOND奇怪的规则应用的普通物质的拉力是唯一可行的力量。 紧张的关系“只是尖叫着MOND,”他说。

然而,加拿大维多利亚大学的理论家Julio Navarro及其同事说,McGaugh的发现实际上与暗物质一致。 他们指出,因为暗物质晕被认为是脆弱的,它们本身无法提供足够的引力来解释恒星高于MOND阈值的运动。 因此,无论星星的加速度超过这个水平,它必然主要来自可见物质。 研究人员在提交给皇家天文学会月刊的一篇论文中报告说,这解释了McGaugh的一半关系。

在较小的星系中,在MOND据称开始的低速和加速度下,暗物质的引力应该占主导地位。 所以人们可能会认为恒星的运动与普通物质不相关。 然而,纳瓦罗认为,银河系演化的模型表明暗物质晕的大小与其中形成的星系的大小相关。 他说,这种规律性使得总引力可以从普通物质中预测出来。

即使是那些发现有说服力的说法的人也说它并不能证明这一点。 布洛克说,Navarro及其同事绘制了来自四个模拟星系的数据,并且它们接近McGaugh的通用曲线,但并不完全接近它。 “我们还没有。”其他人预测,随着黑暗与普通物质之间棘手的相互作用的模拟改善,差异将缩小。

科学家已经知道,MOND无法解释暗物质可以发生的其他现象,例如宇宙微波背景中的模式或星系的聚集。 因此,如果不需要MOND来解释螺旋星系,那么这个想法可能会逐渐消失,加州大学圣克鲁兹分校的宇宙学家Joel Primack说:“这是它唯一的成功。”

Primack并不指望McGaugh放弃战斗。 不过,他说McGaugh经常被不公平地描述为MOND的真正信徒,因为他真的是一个怀疑论者。 “我认为斯泰西认为自己是忠诚的反对者,”他说。 “这是他提出问题的义务,这是他的最爱。