一项新的研究发现了一种方法来确定神秘的“恒星腻子”是否真的存在
研究人员利用复杂的计算机模拟技术，设计出一种可以回答天体物理学中一个热点问题的测试：真的有暗物质吗？或者牛顿的引力定律需要被修改吗？新的研究表明，答案隐藏在环绕银河系的小型卫星星系内的恒星运动中。
这张照片显示了暗物质（上图）和恒星（下图）的分布。
利用世界上最快的超级计算机之一，科学家们模拟了所谓的“矮星系”星系的物质分布。这些是环绕的小星系，例如，银河系或仙女座。
研究人员关注的是一种叫做“径向加速关系”（RAR）的关系。在圆盘星系中，恒星在星系中心周围的圆形轨道中移动。迫使它们不断改变方向的加速度是由星系中物质的引力引起的。RAR描述了这个加速度和由可见物质引起的加速度之间的关系。它提供了对星系结构及其物质分布的洞察。
“我们现在第一次模拟了矮星系的RAR，假设暗物质存在，”波恩大学阿格尔兰德天文研究所的克里斯蒂亚波西亚尼博士解释道。“事实证明，它们的行为是更大的星系的缩小版。”但是，如果没有暗物质，而引力“工作”的方式与牛顿的想法不同呢？“在这种情况下，矮星系的RAR很大程度上依赖于它们的母星系的距离，而如果暗物质存在，这是不可能发生的，”研究人员Emilio romano-daz解释说。
这种差异使卫星成为测试暗物质是否真的存在的强大探测器。2013年由欧洲航天局（ESA）发射的盖亚宇宙飞船已经可以提供答案了。它的设计目的是研究银河系中的恒星及其卫星星系的细节，并收集了大量的数据。
然而，解决这个谜题可能需要数年时间。“个人测量不足以测试我们在模拟中发现的微小差异，”博士生恩里科加迪说。“但是，每次都要仔细观察同一颗恒星，每次都能改善测量值。迟早有可能确定矮星系是否像宇宙中有暗物质一样，——或者没有。”
将星系凝聚在一起的“水泥”
这个问题是当今宇宙学中最紧迫的问题之一。80多年前，瑞士天文学家弗里茨兹威基已经提出了暗物质的存在。他意识到星系在星系团中移动得如此之快，以至于它们实际上应该漂移。因此，他假定存在一种看不见的物质，由于它的质量，它施加了足够的引力使星系保持在观察到的轨道上。在20世纪70年代，他的美国同事Vera Rubin在银河系这样的螺旋星系中发现了类似的现象：它们旋转得如此之快，以至于如果只有可见物质存在，离心力就会把它们分开。
今天，大多数物理学家相信暗物质占宇宙质量的80%。由于它不与光相互作用，所以望远镜是看不见的。然而，假设它的存在提供了一种非常适合许多其他观察的方法——比如背景辐射的分布，大爆炸的余辉。暗物质也为宇宙中星系的排列和形成速率提供了一个很好的解释。然而，尽管进行了大量的实验，但并没有直接证据证明暗物质存在。这使得天文学家们认为，引力本身的行为可能与之前的想法不同。根据被称为MOND（修正牛顿力学）的理论，两个质量之间的引力只遵循牛顿定律，直到某一点。在非常小的加速度下，如星系中盛行的加速度，重力变得相当强。因此，星系不会因其旋转速度而撕裂，而MOND理论则可以省去神秘的恒星腻子。
这项新的研究为天文学家们提供了一种可能性，让他们可以在一个前所未有的体制下测试这两个假设。
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