在完成新的銀河系旋轉測量之後修正引力成為暗物質的主要解釋
儘管暗物質是標準宇宙學模型的一個核心部分,但它並非沒有問題。關於這種物質仍然存在著令人不安的謎團,其中最重要的一點是,科學家們沒有發現它的直接粒子證據。儘管進行了多次搜索,我們還沒有探測到暗物質粒子。因此,一些天文學家贊成一種替代方案,如修正牛頓動力學(MoND)或修正引力模型。而一項關於銀河系旋轉的新研究似乎支持他們。

MoND的想法是受銀河系旋轉的啟發。一個星系中的大部分可見物質都聚集在中間,所以人們會想到,靠近中心的恆星會比遠離中心的恆星有更快的軌道速度,類似於我們太陽系的行星。科學家已經觀察到,一個星系中的恆星都以差不多的速度旋轉。旋轉曲線基本上是平坦而不是逐漸下降的。暗物質的解決方案是星係被看不見的物質的光環所包圍,但在1983年,莫德海-米爾格羅姆認為我們的引力模型一定是錯誤的。

典型螺旋星系M33的旋轉曲線(黃色和藍色的點,帶誤差條)和根據可見物質的分佈預測的曲線(白線)。兩條曲線之間的差異是通過在星系周圍增加一個暗物質暈來解釋的。
在星際距離上,恆星之間的引力吸引力基本上適用於牛頓理論。因此,米格羅姆沒有修改廣義相對論,而是提議修改牛頓的萬有引力定律。他認為,與其說吸引力是一個純粹的平方反比關係,不如說無論距離遠近,引力都有一個小小的殘餘拉力。這個殘餘力只有大約10萬億分之一吉,但它足以解釋銀河系的旋轉曲線。
當然,僅僅在牛頓的引力中加入一個小項,就意味著你也必須修改愛因斯坦的方程式。所以MoND已經被以各種方式概括了,比如AQUAL,它代表了A Quadradic Lagrangian。AQUAL和標準的LCDM模型都可以解釋觀察到的銀河系旋轉曲線,但有一些微妙的區別。

測量的內外恆星運動之間的轉變。資料來源:Kyu-Hyun Chae
這就是最近一項研究的意義所在。AQUAL和LCDM之間的一個區別在於內軌道恆星與外軌道恆星的旋轉速度。對於LCDM來說,兩者都應該受物質分佈的製約,所以曲線應該是平滑的。AQUAL預測,由於理論的動態作用,曲線上有一個微小的彎曲。它太小了,無法在一個星系中測量,但是從統計學上看,在內部和外部的速度分佈之間應該有一個小的轉變。
因此,這篇論文的作者研究了斯皮策測光和精確旋轉曲線(SPARC)數據庫中觀察到的152個星系的高分辨率速度曲線。他發現了一個與AQUAL一致的轉變。這些數據似乎支持修正引力而不是標準暗物質宇宙學。
這個結果令人振奮,但它並沒有決定性地推翻暗物質。但AQUAL模型也有自己的問題,例如它與觀察到的星系的引力透鏡不一致,但這卻是一個弱勢理論的勝利。