在没有暗物质的宇宙中星系会如何形成？研究人员找到了答案

波恩大学的一项研究模拟了一个牛顿定律只在有限范围内有效的宇宙。来自波恩大学和斯特拉斯堡大学的研究人员首次模拟了没有暗物质的宇宙中星系的形成。为了在计算机上复制这一过程，他们反而修改了牛顿的重力定律，在计算机计算中产生的星系与我们今天实际看到的星系相似。

据科学家们说，他们的假设可以解决现代宇宙学的许多谜题。该结果发表在《天体物理学杂志》上。

模拟开始后的15亿年。颜色越浅，气体的密度就越高。浅蓝色的点表示年轻的恒星。

【资料图】

现在的宇宙学家认为，大爆炸之后，物质并不是完全均匀分布的。密度大的地方由于其较强的引力，从周围吸引了越来越多的物质。在几十亿年的时间里，这些气体的堆积最终形成了我们今天看到的星系。

这一理论的一个重要成分是所谓的暗物质。一方面，据说它对最初的不均匀分布负责，导致了气体云的聚集。它也解释了一些令人困惑的观察结果。例如，旋转星系中的恒星往往移动得如此之快，以至于它们实际上应该被抛射出去。似乎在星系中还有一个额外的重力源来阻止这一点--一种用望远镜无法看到的"恒星腻子"：暗物质。

然而，仍然没有直接证据证明它的存在。波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所和布拉格查尔斯大学天文研究所的帕维尔-克鲁帕教授解释说："也许引力本身的行为与之前的想法不同。这个理论的缩写是MOND（MOdified Newtonian Dynamics）；它是由以色列物理学家Mordehai Milgrom教授博士发现的。根据该理论，两个质量之间的吸引力只在某一点上遵守牛顿定律。在非常低的加速度下，如星系中的情况，它变得相当强大。这就是为什么星系不会因为它们的旋转速度而破裂的原因。"

接近现实的结果

Kroupa的博士生Nils Wittenburg说："通过与斯特拉斯堡的Benoit Famaey博士合作，我们现在首次模拟了星系是否会在MOND宇宙中形成，如果是的话，是哪些星系。为了做到这一点，他使用了Kroupa小组开发的用于复杂引力计算的计算机程序。因为在MOND中，一个物体的吸引力不仅取决于其自身的质量，而且还取决于其附近是否有其他物体。"

然后，科学家们用这个软件模拟了恒星和星系的形成，从大爆炸后几十万年的气体云开始。"Kroupa解释说："在许多方面，我们的结果与我们用望远镜实际观察到的情况非常接近。例如，计算机生成的星系中的恒星的分布和速度与在夜空中可以看到的模式相同。此外，我们的模拟结果主要是形成了旋转的盘状星系，如银河系和我们所知的几乎所有其他大型星系，另一方面，暗物质模拟主要创造了没有明显物质盘的星系--这与观测结果的差异很难解释。"

基于暗物质存在的计算对某些参数的变化也非常敏感，例如超新星爆发的频率及其对星系中物质分布的影响。然而，在MOND模拟中，这些因素几乎没有起到作用。

然而，最近从波恩、布拉格和斯特拉斯堡发表的结果并不是在所有的地方都与现实相符。"我们的模拟只是第一步，"Kroupa强调说。例如，到目前为止，科学家们只对物质的原始分布和年轻宇宙的条件进行了非常简单的假设。"我们现在必须重复计算，包括更复杂的影响因素。然后我们将看到MOND理论是否真正解释了现实。"

标签：