突破性的新研究揭示，星系的旋轉曲線會無限遠地保持平坦，這證實了作為暗物質替代物的修正重力理論的預測。這項發現對現有的宇宙學模型提出了挑戰，並表明要么暗物質光環被大幅擴展，要么我們對重力理論的理解需要從根本上重新評估。

凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）的科學家在一項突破性發現中挑戰了人們對宇宙學的傳統認識，他們發現的新證據可能會重塑我們對宇宙的認識。

托比亞斯-米斯特爾（Tobias Mistele）是凱斯西儲大學文理學院天文學系的一名博士後學者，他利用”引力透鏡”開創了一種革命性的技術，以深入探索神秘的暗物質領域。他發現，星系的旋轉曲線在數百萬光年內都保持平坦，看不到盡頭。

科學家以前認為，星系的旋轉曲線一定會隨著窺視太空的距離越遠而下降。

弱透鏡旋轉曲線建模。資料來源：凱斯西儲大學

傳統上，星系內恆星的行為一直令天文學家感到困惑。根據牛頓萬有引力理論，外圍的恆星因為重力減弱，運行速度應該較慢。但天文學家並沒有觀測到這現象，因此推論出暗物質的存在。但即使是暗物質光環也應該走到盡頭，因此旋轉曲線不應該無限期地保持平坦。

米爾斯特爾的分析打破了這個預期，提供了一個驚人的啟示：我們所說的暗物質的影響遠遠超出了先前的估計，從銀河系中心延伸了至少一百萬光年。

托比亞斯-米斯特爾。資料來源：凱斯西儲大學

這種長程效應可能表明，我們所理解的暗物質可能根本不存在。

“這一發現對現有模型提出了挑戰，”他說，”這表明要么存在巨大延伸的暗物質暈，要么我們需要從根本上重新評估我們對引力理論的理解。”

文理學院天文學系教授兼主任史黛西-麥高（Stacy McGaugh）說，米斯特爾的研究成果將發表在《天體物理學期刊通訊》上，它突破了傳統的界限。

“這項發現影響深遠，”麥高說。 “它不僅可以重新定義我們對暗物質的理解，還召喚我們探索其他引力理論，挑戰現代天文物理學的根本結構。”

米爾斯特爾在研究中所使用的主要技術–重力透鏡是愛因斯坦廣義相對論所預言的現象。從本質上講，當一個大質量天體（如星系團，甚至一顆大質量恆星）使來自遙遠光源的光路徑彎曲時，就會產生重力透鏡現象。發生這種光彎曲的原因是物體的質量扭曲了周圍的時空結構。星系對光線的這種彎曲在比預期大得多的尺度上持續存在。

麥高（Stacy McGaugh）。資料來源：凱斯西儲大學

作為研究的一部分，Mistele 在圖表上繪出了所謂的Tully-Fisher 關係圖，以突出星系的可見質量與其旋轉速度之間的經驗關係。

「我們知道這種關係的存在，」米斯特爾說。 「但並不明顯的是，走得越遠，這種關係就越牢固。這種行為會持續多久？這是一個問題，因為它不可能永遠持續下去。”

Mistele 說，他的發現強調了在科學界進一步探索和合作的必要性，以及對其他數據進行分析的可能性。

McGaugh 指出，國際粒子物理學界為探測和識別暗物質粒子做出了艱苦卓絕的努力，但迄今為止仍未取得成功：”要么暗物質光環比我們預期的要大得多，要么整個範式都是錯誤的。”

提前預測到此行為的理論是莫蒂-米爾格羅姆（Moti Milgrom）在1983年作為暗物質的替代理論提出的修正重力理論MOND。因此，對這一結果的顯而易見而又難免引起爭議的解釋是，暗物質是一個嵌合體；也許它的證據指向了某種新的引力理論，超越了愛因斯坦教給我們的理論。

編譯來源：ScitechDaily

arXiv:2406.09685