世界不思議

盤狀星系太多 標準模型理論與實際不符


現在最主流的宇宙認知理論叫做「標準宇宙模型」,認為存在暗物質是這個理論框架內重要的一部分。一份新研究提出按照這種模型演化而來的宇宙,裡面存在的盤狀星系(disk galaxy)的數量應該比實際觀測到的數量少得多。

從地球上觀測到的多數星系都是盤狀星系,中間鼓起,就像一個鐵餅一樣。這份研究提出,按照標準宇宙模型,這個形態的盤狀星系應該比較罕見。

標準宇宙模型認為,每個星系周圍都被一圈暗物質包圍著,這圈暗物質對周圍的星系施加很大的引力。主要研究者之一德國波恩大學(​​University of Bonn)物理學教授帕維爾·克魯帕(Pavel Kroupa)說:「標準模型認為這就是為什麼我們經常看到星系之間合併的原因。」

可是這帶來兩個後果。克魯帕說:「其一,星系合併的過程會破壞它們盤狀的形態。其二,合併後的星系旋轉的角動量會減小。」

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而星系自旋的離心力是形成盤狀形態的主要因素,如果星系自旋的角動量太小,合併後的星系就不會是盤狀形態。

這個研究組按照標準宇宙模型用超級電腦模擬宇宙的演化,再把結果與望遠鏡實際觀測到的星系情況進行對比。

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合作研究員莫里茨·哈斯鮑爾(Moritz Haslbauer)說:「我們發現理論演化出來的情形和實際觀測的數據差異很大。宇宙中盤狀星系的數量遠遠超過理論模型演化出的結果。」

研究組承認,也許他們用超級電腦進行的模擬有些誤差,可能導致盤狀星系的數量偏少一些。哈斯鮑爾說:「但是即使把誤差考慮在內,仍然無法消除理論和實際觀測的數據之間的差異。」

現在天文界也有其它對宇宙認知的框架,例如「修正牛頓引力理論」(MOND)就是其中重要的一個。這個理論不用暗物質這樣的概念,引入一種未知的新類型的引力,也能夠解釋宇宙的演化過程和存在形態。克魯帕說,用MOND理論模擬的宇宙情形,就和實際觀測到的星系數據數據基本相符。當然,MOND理論還存在其它方面的挑戰。

這份研究發表在《天體物理學期刊》(The Astrophysical Journal)。

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