暗物质根本不存在？天文学家几乎抛弃这种理论，但最新观测结果却更符合它的预测

图片来源：NASA

撰文｜黛安娜·斯蒂尔（Diana Steele）

翻译｜陈子鹏

审校｜王昱

早期宇宙中星系形成的标准模型预测，韦布空间望远镜（JWST）将会观测到来自宇宙早期小星系的微弱信号。但这个流行的假说表明，看不见的暗物质会为宇宙极早期的恒星与星系凝聚提供助力，但最新的观测数据却没有印证这个假说。

反之，凯斯西储大学2024年11月12日发表在《天体物理学期刊》（The Astrophysical Journal）上的一项新研究表明，最古老的星系巨大而明亮，这与另一种引力理论相符。这一结果挑战了天文学家对早期宇宙的理解。

凯斯西储大学天体物理学家斯泰西·麦克高夫（Stacy McGaugh）曾撰论文描述早期宇宙结构的形成，他说：“我们看到的早期宇宙并非是暗物质理论预测的那种。” 

凯斯西储大学天文学教授、主任麦克高夫表示，发挥作用的可能是修正后的引力，而不是暗物质。修正牛顿力学理论（Modified Newtonian Dynamics，以下简称MOND）于1988年预测，早期宇宙中结构形成会非常迅速，远快于冷暗物质理论（lambda-CDM，以下简称ΛCDM）的预测。

JWST项目旨在回答关乎宇宙始源的宏大问题，比如恒星和星系是在何时以何种方式形成的。在它于2021年圣诞节发射之前，还没有望远镜能看到宇宙深处的遥远过去。

ΛCDM理论预测，由于暗物质的质量提供额外引力，星系是由物质逐渐吸积成从小到大的结构最终而形成的。

麦克高夫说：“天文学家创造了暗物质的概念，来解释均匀的早期宇宙是如何演化到如今我们所见的一个个星系及其之间的大片空白的。”

小的碎片聚合成越来越大的结构，直到星系形成。依据ΛCDM理论，JWST应该能够观测到这些小星系发射出的昏暗光线。

他说：“我们的期望是，邻近宇宙中每个大星系都是从这些小碎片开始演化形成的。” 

但即使随着红移增大，追溯到宇宙演化的更早时刻，光线依旧比预期的更强、更亮。

MOND理论预测，形成星系的质量会迅速形成，最初会随着宇宙整体向外膨胀。更强的引力作用会减缓膨胀，随后逆转之，其中的物质会自行坍缩形成星系。在这一理论中暗物质根本不存在。

麦克高夫说，MOND理论在四分之一个世纪前预测了JWST观测到的早期宇宙中巨大而明亮的结构。他与前凯斯西储大学博士后兼研究员费德里科·勒利（Federico Lelli，现就职于意大利INAF-Arcetri天文台）、前研究生杰伊·弗兰克（Jay Franck）共同撰写了这篇论文。第四位合著者是俄勒冈大学的詹姆斯·朔姆贝尔（James Schombert）。

麦克高夫说：“下面这番话别说我没提醒过你。我从小就觉得这样说很不礼貌，但这就是科学方法的本质：猜，然后验证哪些猜对了。”不过他也补充道，想找到一个与MOND理论和广义相对论兼容的理论仍是巨大的挑战。

原文链接：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1063555

论文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad834d

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