【原】星際運動的守衡定律，暗物質(zhì)引力？

天文在線 2025-10-20 發(fā)布于云南

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暗物質(zhì)暈與暗物質(zhì)的引力

銀河系的暗物質(zhì)暈正在發(fā)生一些“可疑”的事情，原因如此神秘，使我們的星系與其他星系區(qū)別開。

通過蓋亞宇宙飛船看到的銀河系（圖片來源: 歐洲航天局 /蓋亞宇宙飛船中心/設(shè)計規(guī)劃輔助中心; 轉(zhuǎn)自半自動3。0版本脈沖控制振蕩器

一些恒星被捕捉到在銀河系外圍緩慢前行?？茖W(xué)家們說，只有在暗物質(zhì)星系圖出錯的情況下，才能解釋這種緩慢的運動。

可追溯關(guān)于星系邊緣恒星的特定速度是這些星系中暗物質(zhì)存在的絕對證據(jù)。天文學(xué)家可以測量星系的“旋轉(zhuǎn)曲線”，即恒星的軌道速度與它們與星系中心的距離之間的關(guān)系。如果不存在暗物質(zhì)（以及它帶來的引力影響），恒星就會在離星系中心越遠的地方開始減速。

然而，在20世紀(jì)60年代和70年代初，天文學(xué)家維拉·魯賓和肯特·福特注意到星系的旋轉(zhuǎn)曲線是平坦的。換句話說，恒星的軌道運動不會隨著距離的增加而減小。他們保持著勻速運動。

科學(xué)家們相信，星系隱藏在暗物質(zhì)的光暈中。這些光暈被認(rèn)為是星系中心密度最大的;正是來自暗物質(zhì)的引力使恒星保持運動。

但問題是，我們位于銀河系內(nèi)部，無法鳥瞰它，測量銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線無疑更加困難。我們所需要的是精確的距離信息，就能知道遙遠的恒星離銀河系中心距離。2019年，麻省理工學(xué)院（MIT）的安娜-克里斯蒂娜·埃勒斯（Anna-Christina Eilers）領(lǐng)導(dǎo)了一個研究小組，利用歐洲航天局的恒星測量蓋亞任務(wù)，繪制了距離銀河系中心8萬光年的恒星軌道速度圖。正如預(yù)期的那樣，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個平坦的旋轉(zhuǎn)曲線，只有最外層的恒星在該樣本中速度下降的跡象。

然而，將蓋亞的測量結(jié)果與APOGEE（阿帕奇點天文臺銀河演化實驗）的測量結(jié)果結(jié)合起來的新結(jié)果得出了銀河系遙遠恒星的旋轉(zhuǎn)曲線，相距大約10萬光年。APOGEE是在美國新墨西哥州的一個地面望遠鏡上進行的，測量恒星的物理特性，以更好地判斷它們的距離。

麻省理工學(xué)院物理學(xué)助理教授思琳娜·妮絲比在一份聲明中說:“我們真正驚訝的是，這條曲線在一定距離內(nèi)保持平坦，平坦，平坦，然后開始下降?！薄斑@意味著外層恒星的旋轉(zhuǎn)速度要慢一些，非常令人驚訝。”

麻省理工學(xué)院的安娜·弗雷貝爾在同一份聲明中補充說：“在這樣的距離上，我們正處于星系中恒星逐漸消失的邊緣。”“沒有人探索過物質(zhì)是如何在外星系中運動的，人類或?qū)⑻幱谔摕o之中?！?/span>

在這些距離上軌道速度的下降意味著銀河系中心的暗物質(zhì)偏少。研究小組將星系的暗物質(zhì)光環(huán)描述為“蘋果核”的話，暗物質(zhì)世界更像一個蘋果。機組人員還表示，那里存在的暗物質(zhì)似乎沒有足夠的引力，無法到達10萬光年之外，并保持恒星以相同的速度運動。

妮絲比說:“結(jié)果與其他結(jié)果相矛盾。”“發(fā)生了一些不可思議的事情，有了位置和圖片，這很令人興奮。”

妮絲比說，下一步是使用高分辨率的計算機模擬來模擬星系暗物質(zhì)分布，并復(fù)制下降的旋轉(zhuǎn)曲線。星系形成模型用來解釋銀河系形成特定的、核心的暗物質(zhì)分布，以及為什么其他星系沒有這樣的分布。

相關(guān)知識

在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)（英語：Dark Matter）是指不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)，也就是不會吸收、反射或發(fā)出光。人們目前只能透過重力產(chǎn)生的效應(yīng)得知，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在?！?】

現(xiàn)代天文學(xué)經(jīng)由引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成、微波背景輻射等方法和理論來探測暗物質(zhì)。而根據(jù)ΛCDM模型，由普朗克衛(wèi)星探測的數(shù)據(jù)得到：整個宇宙的構(gòu)成中，常規(guī)物質(zhì)（即重子物質(zhì)）占4。9％，而暗物質(zhì)則占26。8％，還有68。3％是暗能量（質(zhì)能等價）?！?】【4】【5】暗物質(zhì)的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性（inconsistency），對結(jié)構(gòu)形成也非常關(guān)鍵。暗物質(zhì)很有可能是一種（或幾種）粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新粒子所構(gòu)成。對暗物質(zhì)（和暗能量）的研究是現(xiàn)代宇宙學(xué)和粒子物理的重要課題。

2015年11月，NASA噴射推進實驗室的科學(xué)家蓋瑞·普里茲奧（Gary Prézeau）以ΛCDM模型模擬銀河系內(nèi)暗物質(zhì)流過地球與木星等行星的情形，發(fā)現(xiàn)這會使該暗物質(zhì)流的密度明顯上升，并呈現(xiàn)毛發(fā)狀的向外輻射分布結(jié)構(gòu)【6】【7】。

BY:Keith Cooper

FY:jane

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參考資料

1.WJ百科全書