暗物质被发现了吗？狮子座的新发现能解开暗物质之谜吗？

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虽然单一的测量不足以明确决定争论，但这次发现对暗物质支持者来说是一个重大的胜利。

关键要点

• 虽然暗物质约占宇宙的 26%，我们却看不到暗物质。但我们知道它在那里，因为我们可以看到受它的影响的星系。

• 并非所有天体物理学家都同意暗物质的存在。一些人认为暗物质不存在；他们甚至认为需要修改对物理定律的理解。

• 单一的测量不足以明确决定争论，但鉴于其他数据对暗物质的广泛支持，本次发现加强了它的论据。

科学史上充满了对立派别之间的争论。即使在今天，天文学家仍在争论重大观点——例如描述恒星和星系运动的不同模型，从看不见的暗物质到我们对物理定律的理解。每一方都指出了支持他们立场的不同证据。最近， 发表在 《自然天文学》( Nature Astronomy ) 上的一篇新论文 声称发现了一项关于暗物质的关键观察结果，并以此强调了宇宙充满不可见物质的观点。

现代天文学提出了一个非凡的假设。虽然强大的天文台，如哈勃太空望远镜和更新的詹姆斯韦伯太空望远镜，可以看到数十亿颗恒星和星系，但那些令人叹为观止的照片只是宇宙中物质的一小部分。除了发光的恒星和存在于它们之间空间中的不可见气体云之外，大多数天体物理学家认为宇宙中充满了一种称为暗物质的物质，它既不发射也不吸收光。

因此，没有直接检测到暗物质也就不足为奇了。它只能通过它对可见物质的引力作用来观察。根据该理论，暗物质的数量大约是普通物质的五倍。

暗物质的证据

有许多证据支持暗物质的观点，但最容易解释的是星系的旋转。星系是太空中大量恒星的集合，包含数十亿颗恒星。银河系是我们星球所在的星系，估计包含 200 至 4000 亿颗恒星。

星系旋转，这意味着恒星围绕银河系中心运行，这与我们太阳系中行星围绕太阳运行的方式没有太大区别。虽然每颗行星都被拉向太阳，但它的速度使它绕着近乎圆形的轨道运行。速度和引力相互平衡，离太阳较远的行星比离太阳较近的行星移动得更慢。

像银河系这样的螺旋星系在没有暗物质的情况下会如左图所示那样中心带动外悬臂旋转，而不是像右图那样中心和悬臂同时旋转，这很直观的表明了暗物质的存在。

在星系中，情况大同小异，物理定律也做出了类似的预测，特别是远离银河中心的恒星比靠近它的恒星移动得更慢。然而，当天文学家测量星系外围恒星的速度时，他们发现它们移动的速度比预期的要快。如果引力和运动定律是正确的，唯一的解释就是额外的、看不见的物质正在增加这些快速移动的恒星所承受的引力。

暗物质辩论

然而，少数科学家仍然拒绝接受暗物质假说，它们不但认为暗物质假说不可信，而且他们认为公认的物理定律是不正确的。根据他们的说法，要么支配天体运动的定律是错误的，要么我们的引力理论不适用于银河系。对于这两个猜想，这些研究人员开发了一系列新的物理理论，这些理论由与物理课上教授的不同的方程式支配。

两个阵营——暗物质支持者和修正物理学界都指向不同的天文数据集来支持他们的立场。两组都可以指出支持他们的猜想而不支持对方的观察结果。虽然大多数天文学家都接受暗物质的概念，但暗物质阵营极难解释一项观察结果：小星系围绕大星系的分布。

这些较小的星系被称为“卫星星系”。这两种解释——暗物质和修正物理学对卫星星系应该如何排列在像银河系这样的星系周围做出不同的预测。在过去半个世纪左右的时间里，天文学家已经知道观测结果有利于修正后的物理学阵营。

银河系所在的本星系群

银河系是一个螺旋星系，这意味着它看起来有点像一个旋转的圆盘，直径约 100,000 光年，厚度约 12,000 光年——本质上是一个宇宙披萨盘。这是可见恒星和星系的形状。然而，暗物质理论认为，暗物质本质上是一个巨大的球形云，直径可能有 70 万光年，银河系位于“暗物质球”的中心。由于暗物质对星系的形成很重要，暗物质理论认为银河系的卫星星系也应该呈球形分布在它的周围。

另一方面，如果暗物质不是真实的，并且对快速旋转星系的正确解释是必须修改物理定律，科学家预测卫星星系应该在与银河系大致相同的平面内围绕银河系运行方式——本质上是银河系本身的延伸。当天文学家测量银河系已知的 11 个卫星星系的位置时，他们发现它们位于银河系的平面内。此外，从暗物质的角度来看，观察到的配置是非常不可能的。所以，单从卫星星系的位置来说这似乎是反对暗物质人群的胜利，但最近的一项研究推翻了这种可能性。

暗物质支持者的又一次胜利

最近发表 在 《自然天文学》( Nature Astronomy )上的论文 使用盖亚卫星测量的极其精确的数据，重新审视了这一观测结果 。盖亚旨在测量多达十亿颗恒星的位置和运动方向，银河系的卫星星系也被纳入研究。

该论文发现，用于确定卫星星系群轨道平面的方法受到两个卫星星系（称为 Leo 1 和 Leo 2）的严重影响，这两个星系距离地球很远（约 700,000 至 800,000 光年）。

红圈内为Leo1和Leo2在本星系群中的位置

两个狮子座星系目前都大致位于银河系平面内。然而，其他更近的卫星星系更呈球形分布，尽管并非完全如此。如果将 Leo 卫星系排除在分析之外，则数据不再支持修正后的物理假设。重要的是，当盖亚卫星测量狮子座星系的运动时，改论文的作者发现它们在银河系平面中的位置是暂时的。当它们将它们的位置投射到过去或未来 10 亿年（从宇宙学的角度来说）时，这些星系就不再位于银河平面上。

亮点为轩辕十四，旁边是Leo1星系

Leo2星系

换句话说，当考虑到算法导致的对狮子座卫星星系的过分强调，以及它们在银河平面上的临时排列时，盖亚对于银河系卫星星系的观测完全符合暗物质假说.

诚然，单一的测量不足以明确和决定争论。然而，支持修改物理学和反对暗物质的数据最有力的例子之一似乎不再像以前那样具有影响力。鉴于其他数据对暗物质的广泛支持，本次的发现进一步加强了它的论据。

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