JWST 新觀測竟顛覆星系形成標準模型
使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)的天文學家發現,宇宙中一些最古老的星系比科學家們想象的要亮得多、重得多。這一發現可能爲關於暗物質的替代理論增添可信度。
星系形成的標準模型預測,在大爆炸後的最初十億年所形成的原始星系中,按理應該只能看到微弱的光。JWST 探測到的異常大且明亮的星系,支持了被稱爲修正牛頓動力學(MOND)的競爭理論所做出的預測。研究人員於 11 月 12 日在《天體物理學雜誌》上發表了他們的研究結果。
“暗物質理論所預測的內容並非我們實際所看到的,”該研究的主要作者——俄亥俄州凱斯西儲大學的天體物理學家斯塔西·麥高在一份聲明中說道。“關鍵在於,‘我早就跟你說過。’我從小就被教導說這樣講話很無禮,但這恰恰是科學方法的全部要點:做出預測,然後檢查哪些預測實現了。”
修正牛頓動力學(MOND)理論提出,對於比地球表面所受引力小 10 萬億倍的引力,比如遙遠星系之間所受的引力,牛頓定律不再適用,必須用其他方程來代替。該理論於 1982 年由以色列物理學家莫德海·米爾格羅姆首次提出,最初是爲了解釋在遙遠星系邊緣觀測到的旋轉速度比預期更快這一現象。
MOND 已經取得了許多成功,有助於揭示出 出人意料的定律,這些定律支配着星系在太空中的移動方式。然而,該理論仍 被天文學家廣泛排斥,他們傾向於支持冷暗物質理論,因爲它還未對廣泛的宇宙學現象作出解釋。另一方面,暗物質理論可以解釋很多觀測結果,但對於 MOND 準確預測的那些情況卻無法進行解釋。
爲了尋找可能打破僵局的線索,天文學家潛心鑽研了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)收集的數據,捕捉到了宇宙中一些最早星系的微弱信號。根據他們的研究,這些古老的星系已經顯著地變得更大更亮,比傳統的暗物質模型預測的,但它們和修正牛頓動力學(MOND)的預測相符。
究竟是什麼造成了這種差異,仍然是一個令人興奮的謎團。有可能額外的亮度是由超大質量黑洞產生的,它們的增長速度明顯快於預期,但這種想法 本身存在問題。
“我們發現自己夾在兩種截然不同的理論中間,儘管這兩種理論適用於緊密相關但無法通約的一系列證據,可它們似乎就是無法調和。”天文學家在論文中寫道。“MOND 所假設的簡單力定律已經做出了足夠多成功的先驗預測,這絕非偶然:它肯定在向我們透露着某些信息。那到底是什麼,仍然和暗物質的組成一樣神秘莫測。”