發現 NGC 3256 星系中心或含大量暗物質,「修正牛頓理論」受到挑戰

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 20 日 11:56 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

修正牛頓理論(MOND)是最廣為人知的暗物質替代理論,但最近馬來西亞一項新研究分析數據發現,NGC 3256 星系中心可能含有大量暗物質,難以用傳統 MOND 理論解釋,兩派假說持續競爭中。



NGC 3256 星系由兩個富含氣體的盤狀星系碰撞合併形成,距離地球約 1.14 億光年,隸屬於長蛇-半人馬座(Hydra-Centaurus)超星系團。同時,NGC 3256 也是和左鄰右舍相比最明亮的星系之一,屬於亮紅外星系(LIRG,註)。

此外,NGC 3256 系統中心隱藏一對核心和一條混亂的帶狀塵埃區,兩兩星系碰撞的痕跡可從兩條向外延長的發光尾巴一窺究竟,諸多特性使其成為研究暗物質的最佳對象。最近,由馬來亞大學 Israa Abdulqasim Mohammed Ali 領導的團隊,可能在 NGC 3256 星系中心發現大量暗物質。

研究人員採用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)與二微米巡天計畫(Two Micron All Sky Survey,2MASS)兩者數據來研究 NGC 3256 星系中心質量分布,發現中心存有大量無形動態質量(dynamical mass),約太陽質量 480 億倍,佔全部動態質量的 87%,已經無法靠星系的分子與恆星質量解釋,因此,他們認為這些隱形質量很可能由暗物質構成。

絕大多數天文學家認為暗物質分布在星系外圍而不是核心區域,研究作者指出,這次發現可能挑戰常用來解釋星系中缺失質量的「修正牛頓理論(Modified Newtanian Dynamics,MOND)」。

暗物質理論之爭

MOND 理論由以色列物理學家莫德采·米爾格若姆於 1980 年代提出,該理論指明只要牛頓萬有引力定律或牛頓第二定律修正後,就能解決星系自轉問題:不用再假設因為暗物質存在,才讓星系中被觀測的恆星速度大於牛頓力學的預測速度,是替代暗物質中最廣為人知的理論之一。

目前天文學界對星系中心暗物質的研究還很少,假如 MOND 理論被證實,則整個古典力學乃至愛因斯坦廣義相對論都需要被修改,因此驗證 MOND 理論是很重要的實驗研究課題。

但馬來亞大學這次研究強調,傳統 MOND 理論無法解釋 NGC 3256 星系中心相對較大的加速度,未來究竟會是 MOND 理論擊敗暗物質理論,還是新研究先打垮 MOND 理論,就交由時間去證明。新論文發表在《Sains Malaysiana》期刊。

註:亮紅外星系是指在電磁頻譜上,遠紅外線輻射能量比太陽亮 1011 倍的星系;如果遠紅外線輻射能量高於太陽亮度 1012 倍,就稱為極亮紅外星系(ULIRG),遠紅外線輻射能量高於太陽亮度 1013 倍,則稱為特亮紅外星系(HLIRG)。

(首圖來源:ESA