萬一沒有暗物質，星系的額外質量效應其實來自光子呢？

我們已經尋找了幾十年的暗物質，但始終未有確切的結果。現在，天體物理學家開始思考其他有趣的可能性：如果影響銀河系旋轉速度的並不是某種不可見的物質呢？如果是光的質量呢？

1980年，美國天文學家Vera Rubin證明：星系的旋轉速度很不合理，角速度遠遠超過其質量所能支持的大小。

從銀河系中心向外，理論上，一圈圈恆星和氣態物質的圓周運動應該越來越慢，速度落差與到中心的距離成正比。

術語叫開普勒下降，或遞減旋轉曲線，在我們太陽系的行星系統中能觀察到此類現象。但大多數星系卻表示，我不！和理論相反，它們的轉速要麼保持不變，要麼增加。

考慮到牛頓第二定律，為了維持圓周運動的向心力，必須有足夠的質量提供引力。

但是，已知星系質量明顯不足，所以天體物理學家假設存在一種暗物質。我們不知道它是什麼東西，根據假設，我們也無法直接檢測到它們。但除非我們目前對物理宇宙的所有理解(以及我們收集到的關於這種現象的所有數據都是錯誤的)，否則星系中必然存在額外的未知質量。

根據一組研究人員的說法，特別是最近從加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室退休的等離子體物理學家Dmitri Ryutov，以及德國美因茨約翰內斯古騰堡大學的Dmitry Budker 和Victor Flambaum，額外質量可能不是來自暗物質。

在新論文里，他們提出了一個論點，即光粒子(光子)至少是部分額外質量的來源——造成一種不是引力，但表現得很像引力的效果。

「我們正在分析這一假設，」Budker說，「引入一部分光子質量，遠小於當前額外質量的上限，我們可以證明這部分光子質量足以在星系中產生額外的力，並且這些力大致足以解釋旋轉曲線。這個結論非常令人興奮。」

類似引力的效果來自於與光子質量相關的電磁應力所引起的一種「負壓」。

當被置於Maxwell-Proca電動力學的數學系統背景下時，這些電磁應力可以產生額外的向心力，主要作用於星際氣體。該團隊稱之為Proca壓力，它很像引力。

所以，是的，目前還完全是理論推導。而且是並不完美的理論。

一方面，由氣體產生的短壽命恆星(沿軌道旋轉一周後迅速彌散成氣態物質的恆星)將與氣體強烈耦合； Proca壓力作用於氣體時也會間接地作用於這些恆星。

但是理論應用在壽命較長的恆星處會出現問題。例如，太陽約有46億年的歷史，每2.3億年就會繞銀河系一周，所以它已經在環形交叉路口上轉了幾圈。根據計算，它應該在Proca壓力下具有高度橢圓的軌道。

然而事實並非如此。因此，該理論需要進一步調整才能與我們的實際觀測相容。就目前而言，暗物質仍然是王道。但探索各種可能性有百害而無一利。

「目前，我們不認為光子質量是最終答案。但它可能答案的一部分。」Budker說，「但是，只要實際上還沒發現暗物質，我們就需要保持開放的態度。」

該研究發表在《天體物理學》雜誌上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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