研究了152个星系后,天文学家认为:暗物质也许并不存在
20世纪30年代,科学家发现能够观测到的物质并不足以维持星系的稳定运行,他们相信在目前我们能够探索的物质之外,还可能存在着一种我们看不见的物质:暗物质。
它不属于已知的任何物质,独立于人类的认知体系之外,这听起来似乎有些天方夜谭,但诸多证据表明,暗物质不仅存在,而且数量要远超于可见物质。
我们看到的日月星辰以及世界万物都来自于可见光的反射,光属于电磁波的一种,除了人类可见的光波之外,还有很多不可见的波段,而宇宙中所有已知的物质都会向外辐射热量,所以那些不可见的波段则可以通过热量进行探测,通过红外波段展现出来。
暗物质则不一样,它既没有反射可见光,也不会散发热量,这意味着暗物质没有电磁相互作用力和强互作用力,而这两种力又是人类已知粒子中必须存在的基本力,因此暗物质绝不是我们熟悉的任何一种粒子,在现有的技术下没有任何办法对它进行观测。
对于这样一种完全不能观测的粒子,科学家又是如何确定它真的存在呢?
这就要从宇宙最基本的秩序说起
尽管宇宙浩瀚而广阔,有着难以计数的恒星和行星,但它们的运行并不是一团乱麻,而是有着完整的秩序和规律在其中,行星和恒星组成恒星系,其中恒星的质量占据恒星系的绝大部分,所以行星会围绕恒星公转,而整个恒星系又以同样的原理围绕着星系,一层一层构建起了规律的宇宙。
其中维持规律的就是引力和离心力,恒星的质量较大,在自身的引力下会把行星拉向自己的引力中心,如果放任引力不管,恒星最终会与行星相撞,这时就需要离心力来维持平衡,行星在围绕恒星做公转时,就产生了一个和恒星引力方向相反的离心力。
直至离心力和行星受到的引力持平时,行星就拥有了一个稳定的公转轨道,假如没有强大的外力干预,这样的平衡会难打破。
在更大尺度的星系上,恒星系和星系的关系就像行星和恒星,恒星系会围绕着星系中心的超大质量黑洞做公转运动,理论上来说,绝大部分星系都应该符合这样的规律,但真实的观测结果却相差甚远。
星系的中心部分物质十分密集,绝大部分质量也集中在这里,那么靠近中心的恒星公转速度将会比外围的恒星快许多,就像太阳系中越靠外围的行星公转速度越慢一样,否则星系会很难保持稳定。
以银河系为例,理论上来说,太阳围绕银河系中心的公转速度应该为160km/s,但实际的测量却显示,太阳的速度居然为220km/s。
在如此高的公转速度下,离心力本应远远大于银河系中心的引力,太阳会逐渐甩出去脱离银河系类比来看,其他恒星系应该也是同样的状况,在这样的条件下,银河系本该早就分崩离析了,但事实显然不是如此。并且银河系并不是个例,其他的星系也几乎都是同样的状况。
这意味着,有一种我们看不见的物质在提供额外的引力,即所谓的暗物质,时至今日暗物质已经成为了主流宇宙学模型的核心,不过由于至今也没有观测到暗物质的踪迹,仍然有不少科学家并不相信宇宙中存在这一奇特的物质,他们试图找到某种替代方案,去解决星系中的引力异常。
引力的问题要从牛顿的万有引力定律下手,于是有些科学家认为,引力的强度可能不仅仅是与距离的平方成反比那么简单,除此之外,天体之间应该还有引力的残留,即无论相隔多远,都仍然有微小的引力加成。
这样残留极其微弱,但足以解释星系间的引力问题了。不过一个简单的概念还不够,相应的引力方程也需要修改,后来该理论发展出了完整的多个版本,其中一个简称为AQUAL。
它和暗物质理论都能解决异常的问题,不同的是暗物质模型认为星系的自转受质量分布的影响,所以星系内侧和外侧恒星的轨道速度曲线是光滑过渡的,而AQUAL的模型曲线并没有那么光滑,这样的不光滑幅度非常小,但如果观测大批星系时,就能发现其中的偏差。
近日科学家通过斯皮策望远镜的数据库对152个星系展开了研究,结果显示,这些星系的轨道速度曲线似乎更符合AQUAL的模型。
虽然仅有这一点还不足以撼动主流的暗物质理论,并且自身还有些暂时无法解决的问题,但它仍为我们提供了新的思路,或许暗物质就像当初的以太一样,它们都并不存在。
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