重磅！新研究倾向于修正引力作为对暗物质的解释

尽管暗物质（dark matter）是标准宇宙学模型的核心部分，但它并非没有问题。 关于这些东西仍然存在着令人费解的谜团，其中最重要的是科学家们至今尚未发现其直接粒子证据。尽管进行了大量搜索，科学家们仍未检测到暗物质粒子。因此，一些天文学家倾向于替代方案，例如修正牛顿动力学 (MoND) 或修正引力模型。他们的猜测得到了一项来自关于银河自转的新研究的支持。

牛顿动力学是受到银河自转的启发。星系中的大部分可见物质都聚集在中间，因此我们可以推测出靠近中心的恒星的轨道速度会比距离较远的恒星更快，类似于我们太阳系的行星。但我们观察到的是，一个星系中的恒星都以大致相同的速度旋转。旋转曲线基本上是平坦的而不是下降的。暗物质解决方案是星系被不可见物质的光环包围，但在1983年，米尔格罗姆(Mordehai Milgrom)认为我们的引力模型可能是错误的。在星际距离上，恒星之间的引力本质上是牛顿引力。因此，米尔格罗姆没有修改广义相对论，而是提议修改牛顿的万有引力定律。他认为，引力不是作为纯粹的平方反比关系的吸引力，而是无论距离如何都具有很小的残余拉力。这个残余物只有 G 的 10 万亿分之一左右，但足以解释银河自转曲线。

当然，只要给牛顿引力加上一个小项就意味着你还必须修改爱因斯坦方程。所以牛顿动力学以各种方式被概括，例如 AQUAL，代表“二次拉格朗日”。AQUAL 和Λ-冷暗物质(Lambda cold dark matter, LCDM)模型都可以解释观测到的星系自转曲线，但存在一些细微差别。其中一个区别在于内轨道恒星与外轨道恒星的旋转速度。对于LCDM，两者都应受物质分布支配，因此曲线应该是平滑的。由于理论的动态，AQUAL预测曲线会出现微小的扭结。它太小了，无法在单个星系中进行测量，但从统计学上讲，内部和外部速度分布之间应该有一个小的偏移。

因此，这篇论文的作者研究了152个星系的高分辨率速度曲线，他发现了一个与 AQUAL 一致的转变，这些数据似乎支持修正引力，而不是标准的暗物质宇宙论。虽然结果令人兴奋，但它并没有最终推翻暗物质。AQUAL 模型有其自身的问题，例如它与观察到的星系引力透镜不一致。该研究已经发表在arXiv上。

该研究论文题为"Distinguishing Dark Matter, Modified Gravity, and Modified Inertia with the Inner and Outer Parts of Galactic Rotation Curves"，已发表在arXiv上，主要作者为Kyu-Hyun Chae。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：DOI: 10.48550/arxiv.2207.11069

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《2022-2027年中国粒子加速器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究、产业规划、园区规划、产业招商、产业图谱、产业链咨询、技术咨询、IPO募投可研、IPO业务与技术撰写、IPO工作底稿咨询等解决方案。