新研究挑战星系形成中的暗物质理论

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早期宇宙中星系形成的标准模型预测詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 会看到来自小型原始星系的微弱信号。但数据并未证实流行的假设，即隐形暗物质帮助最早的恒星和星系聚集在一起。
相反，根据凯斯西储大学 11 月 12 日发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究，最古老的星系又大又亮，这与另一种引力理论相一致。研究结果挑战了天文学家对早期宇宙的理解。
凯斯西储大学天体物理学家斯泰西·麦高夫表示：“暗物质理论所预测的并不是我们所看到的。”她的论文描述了早期宇宙的结构形成。
凯斯西储大学天文学教授兼主任麦高夫表示，影响宇宙结构形成的原因可能不是暗物质，而是经过修改的引力。他表示，一种名为 MOND（修正牛顿动力学）的理论在 1998 年预测，早期宇宙的结构形成会非常迅速——比冷暗物质理论（即lambda-CDM）预测的要快得多。
JWST 的设计初衷是解答宇宙中一些最大的问题，比如恒星和星系是如何以及何时形成的？在 2021 年发射之前，没有望远镜能够如此深入地观察宇宙并追溯到遥远的过去。
Lambda-CDM 预测，由于暗物质的质量提供的额外引力，星系是由物质从小结构逐渐吸积到大结构而形成的。
麦高夫说：“天文学家发明了暗物质，来解释如何从非常平滑的早期宇宙发展到我们今天看到的、中间有大量空隙的巨大星系。”
小碎片聚集形成越来越大的结构，直到形成星系。詹姆斯·韦伯太空望远镜应该能够看到这些小星系前身发出的暗淡光线。
他说：“我们原本预计，附近宇宙中见到的每一个大星系都是从这些微小的碎片开始形成的。”
但即使在红移越来越高的情况下——观察宇宙演化的早期阶段——信号也比预期的更大、更亮。
MOND 预测，形成星系的物质会迅速聚集，并最初与宇宙的其余部分一起向外膨胀。较强的引力会减缓膨胀，然后逆转膨胀，物质会自行坍缩形成星系。在这个理论中，根本不存在暗物质。
麦高夫表示，詹姆斯·韦伯望远镜在宇宙早期观测到的巨大明亮结构是 MOND 在 25 多年前预测到的。他与凯斯西储大学前博士后研究员费德里科·莱利（现就职于意大利 INAF-Arcetri 天体物理天文台）和前研究生杰伊·弗兰克共同撰写了这篇论文。第四位合著者是俄勒冈大学的詹姆斯·肖姆伯特。
“底线是，‘我早就跟你说了’，”麦高夫说。“我从小就认为这样说很粗鲁，但这就是科学方法的重点：做出预测，然后检查哪些会成真。”他补充说，找到一个与 MOND 和广义相对论兼容的理论仍然是一个巨大的挑战。