暗物質?還是未知的重力場源?

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 18 日 8:45 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙有種不發光也不反光,只能透過重力感覺存在的神祕物質:暗物質,數量還是一般物質 5 倍以上。經典的觀測證據便是星系外圍天體的角速度。

根據經典牛頓力學,遠離星系核心的區域因為重力隨距離指數下降,軌道角速度也應該隨之降低(下圖左)。但觀測結果表明,星系邊緣天體的軌道角速度並沒有按照經典牛頓力學的預測降低(下圖右)。似乎有某種看不見的物質增加了星系邊緣的重力,維持高出理論預期的速度。

(Source:Ingo Berg, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

這是暗物質提出的最早論述之一:一種不發光的神秘物質,幾乎主宰宇宙中的重力。雖然暗物質目前是熱門主流理論,但還是有許多科學家研究這「未知重力場源」的替代理論,Modified Newtonian dynamics(MOND)便是其中一種。

MOND最早在40年前就提出,將經典牛頓力學改良以適應宇宙不同環境。例如星系邊緣受到星系核心的重力遠小於太陽系附近尺度,萬有引力的平方反比定律或許只是近似值,真實情況可能要再修正。

驗證MOND的方法是檢測不同類型星系,如果星系外圍的角速度是由暗物質造成,那麼個別星系應該會因為暗物質含量的多寡,影響邊緣軌道速度。如果MOND才是正解,那麼不同星系、類型的天體運動都應能以同一條公式描述。

最近南韓學者Kyu-Hyun Chae提出新研究,提供超過30個橢圓星系的星系邊緣軌道速度觀測分析。結果顯示橢圓星系邊緣的軌道行為與先前針對螺旋星系的分析有統計近似,為MOND理論提出支持。

究竟宇宙中這個神祕的未知重力場源是何方神聖,科學家正使用「奧坎的剃刀」(Ockham’s Razor)梳理出可信服的結果。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Unsplash

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