一項新的研究發現了一種方法來確定神秘的“恆星膩子”是否真的存在
研究人員利用複雜的計算機模擬技術，設計出一種可以回答天體物理學中一個熱點問題的測試：真的有暗物質嗎？或者牛頓的引力定律需要被修改嗎？新的研究表明，答案隱藏在環繞銀河系的小型衛星星系內的恆星運動中。
這張照片顯示了暗物質（上圖）和恆星（下圖）的分佈。
利用世界上最快的超級計算機之一，科學家們模擬了所謂的“矮星系”星系的物質分佈。這些是環繞的小星系，例如，銀河系或仙女座。
研究人員關注的是一種叫做“徑向加速關係”（RAR）的關係。在圓盤星系中，恆星在星系中心周圍的圓形軌道中移動。迫使它們不斷改變方向的加速度是由星系中物質的引力引起的。RAR描述了這個加速度和由可見物質引起的加速度之間的關係。它提供了對星系結構及其物質分佈的洞察。
“我們現在第一次模擬了矮星系的RAR，假設暗物質存在，”波恩大學阿格爾蘭德天文研究所的克里斯蒂亞波西亞尼博士解釋道。“事實證明，它們的行為是更大的星系的縮小版。”但是，如果沒有暗物質，而引力“工作”的方式與牛頓的想法不同呢？“在這種情況下，矮星系的RAR很大程度上依賴於它們的母星系的距離，而如果暗物質存在，這是不可能發生的，”研究人員Emilio romano-daz解釋說。
這種差異使衛星成為測試暗物質是否真的存在的強大探測器。2013年由歐洲航天局（ESA）發射的蓋亞宇宙飛船已經可以提供答案了。它的設計目的是研究銀河系中的恆星及其衛星星系的細節，並收集了大量的數據。
然而，解決這個謎題可能需要數年時間。“個人測量不足以測試我們在模擬中發現的微小差異，”博士生恩里科加迪說。“但是，每次都要仔細觀察同一顆恆星，每次都能改善測量值。遲早有可能確定矮星系是否像宇宙中有暗物質一樣，——或者沒有。”
將星系凝聚在一起的“水泥”
這個問題是當今宇宙學中最緊迫的問題之一。80多年前，瑞士天文學家弗裡茨茲威基已經提出了暗物質的存在。他意識到星系在星系團中移動得如此之快，以至於它們實際上應該漂移。因此，他假定存在一種看不見的物質，由於它的質量，它施加了足夠的引力使星系保持在觀察到的軌道上。在20世紀70年代，他的美國同事Vera Rubin在銀河系這樣的螺旋星系中發現了類似的現象：它們旋轉得如此之快，以至於如果只有可見物質存在，離心力就會把它們分開。
今天，大多數物理學家相信暗物質佔宇宙質量的80%。由於它不與光相互作用，所以望遠鏡是看不見的。然而，假設它的存在提供了一種非常適合許多其他觀察的方法——比如背景輻射的分佈，大爆炸的餘輝。暗物質也為宇宙中星系的排列和形成速率提供了一個很好的解釋。然而，儘管進行了大量的實驗，但並沒有直接證據證明暗物質存在。這使得天文學家們認為，引力本身的行為可能與之前的想法不同。根據被稱為MOND（修正牛頓力學）的理論，兩個質量之間的引力只遵循牛頓定律，直到某一點。在非常小的加速度下，如星系中盛行的加速度，重力變得相當強。因此，星系不會因其旋轉速度而撕裂，而MOND理論則可以省去神秘的恆星膩子。
這項新的研究為天文學家們提供了一種可能性，讓他們可以在一個前所未有的體制下測試這兩個假設。
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