牛頓和愛因斯坦錯了嗎？科學家首次發現一個沒有暗物質的星系

銀河系中大約蟄伏著重達萬億倍太陽的神秘暗物質。科學家們尚未解開暗物質的謎團，只能用計算探知這些佔據宇宙將近85%質量的「幽靈」。它們對星系來說，如影隨形，通過引力影響著星體的演化和分布。

這個認知剛剛被打破了：3月29日凌晨，一個美國、加拿大、德國聯合團隊在最新一期《自然》雜誌上宣布，他們發現了一個幾乎不存在暗物質的星系。

主導該項研究的耶魯大學天文學家彼得·范多科姆（Pieter van Dokkum）表示，這個發現改寫了宇宙的遊戲規則，挑戰著以往的星系演化理論。

01

牛頓和愛因斯坦，錯了嗎？

從1920年代開始，隨著觀測視野的拓寬，萬有引力和廣義相對論在星繫到宇宙的尺度上開始計算「失誤」。

比如，根據牛頓萬有引力的計算，太陽圍繞銀河系中心的運行速度應該在160公里每秒左右，然而，科學家們實際觀測到的運行速度達到了240公里每秒。以這樣的速度，太陽應該直接被「甩」出去才對。

除非……銀河系的實際質量，要比目前人類所知的大上幾十倍！銀河系「謊報體重」！

換句話說，銀河系大部分是由不與電磁波發生反應的暗物質構成，它們提供了太陽與銀心之間額外的引力，吸住了高速運行的太陽。這些暗物質彷彿一團暈，籠罩在整個銀河系。

此時引用柯南道爾的名言，或許恰到好處：「排除了一切的不可能，剩下的不管多麼難以置信，一定就是真相。」

在我們所在的銀河系中，暗物質一般來說是正常物質的30倍左右，而矮星系的暗物質達到正常物質的400倍。

引入暗物質這個概念後，宇宙整體布局的「懸案」也迎刃而解。此前，科學家們難以解釋如果一切始自大爆炸，宇宙中的星係為何分布得如此不均勻。

范多科姆說道：「幾十年來，我們都認為星系始於一團團的暗物質。氣態物質落入暗物質暈團，逐漸演化為恆星，積少成多，最後銀河系就誕生了。NGC 1052-DG2星系挑戰了這一標準演化模型。」

研究人員猜測，這個怪星系可能在早期孕育階段經歷了較大波動，或者誕生了大量大質量恆星，將氣態物質和暗物質都一掃而空。

02

暗物質失蹤了……

范多科姆團隊用新墨西哥州的蜻蜓長焦陣列（Dragonfly Telephoto Array）尋找超漫星系時發現了這個6500萬光年外的「怪胎」。

超漫星系是一類密度很小的星系，直到2015年才引起天文學家的注意。超漫星系其實在宇宙中十分常見，但此前從未發現過不存在暗物質的案例。

蜻蜓長焦陣列和同樣位於新墨西哥州的斯隆數字巡天望遠鏡（SDSS）對NGC 1052-DG2星系的觀測結果並不吻合：前者顯示團狀物質，後者卻顯示出點狀光斑。該星系也並未受到周圍其他星系影響。

范多科姆團隊隨後使用夏威夷莫納克亞山上的8米雙子望遠鏡和10米凱克雙鏡對這個星系進一步剖析，鎖定了其中10個球狀明亮星團。這些星團十分緻密，貼近星系中心旋轉。

數據顯示，這些星團的旋轉速度遠低於預期，這意味著系統中並不存在那麼多質量。天文團隊最終計算髮現，這些星團的旋轉速度與它們本身的質量是吻合的。換句話中，這個星系中幾乎沒有暗物質。

「即使有暗物質，也是非常非常少的」，范多科姆說道，「星系中的星體本身能解釋所有的質量來源，沒有暗物質存在的空間。」

這項研究結果顯示，暗物質可以獨立於星系存在，並非如影隨形。這反而坐實了暗物質理論。按照一些試圖通過修正牛頓運動定律解釋星系質量之謎的替代性理論，這樣的星系是不會存在的。

有意思的是，范多科姆還曾在2016年用蜻蜓長焦陣列發現過一個幾乎全部由暗物質組成的超漫星系。

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