修正牛顿理论(MOND)是最广为人知的暗物质替代理论,但最近马来西亚一项新研究分析数据发现,NGC 3256 星系中心可能含有大量暗物质,难以用传统 MOND 理论解释,两派假说持续竞争中。
NGC 3256 星系由两个富含气体的盘状星系碰撞合并形成,距离地球约 1.14 亿光年,隶属于长蛇-半人马座(Hydra-Centaurus)超星系团。同时,NGC 3256 也是和左邻右舍相比最明亮的星系之一,属于亮红外星系(LIRG,注)。
此外,NGC 3256 系统中心隐藏一对核心和一条混乱的带状尘埃区,两两星系碰撞的痕迹可从两条向外延长的发光尾巴一窥究竟,诸多特性使其成为研究暗物质的最佳对象。最近,由马来亚大学 Israa Abdulqasim Mohammed Ali 领导的团队,可能在 NGC 3256 星系中心发现大量暗物质。
研究人员采用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)与二微米巡天计划(Two Micron All Sky Survey,2MASS)两者数据来研究 NGC 3256 星系中心质量分布,发现中心存有大量无形动态质量(dynamical mass),约太阳质量 480 亿倍,占全部动态质量的 87%,已经无法靠星系的分子与恒星质量解释,因此,他们认为这些隐形质量很可能由暗物质构成。
绝大多数天文学家认为暗物质分布在星系外围而不是核心区域,研究作者指出,这次发现可能挑战常用来解释星系中缺失质量的“修正牛顿理论(Modified Newtanian Dynamics,MOND)”。
暗物质理论之争
MOND 理论由以色列物理学家莫德采·米尔格若姆于 1980 年代提出,该理论指明只要牛顿万有引力定律或牛顿第二定律修正后,就能解决星系自转问题:不用再假设因为暗物质存在,才让星系中被观测的恒星速度大于牛顿力学的预测速度,是替代暗物质中最广为人知的理论之一。
目前天文学界对星系中心暗物质的研究还很少,假如 MOND 理论被证实,则整个古典力学乃至爱因斯坦广义相对论都需要被修改,因此验证 MOND 理论是很重要的实验研究课题。
但马来亚大学这次研究强调,传统 MOND 理论无法解释 NGC 3256 星系中心相对较大的加速度,未来究竟会是 MOND 理论击败暗物质理论,还是新研究先打垮 MOND 理论,就交由时间去证明。新论文发表在《Sains Malaysiana》期刊。
注:亮红外星系是指在电磁频谱上,远红外线辐射能量比太阳亮 1011 倍的星系;如果远红外线辐射能量高于太阳亮度 1012 倍,就称为极亮红外星系(ULIRG),远红外线辐射能量高于太阳亮度 1013 倍,则称为特亮红外星系(HLIRG)。
- Galaxy NGC 3256 contains substantial amounts of dark matter, study suggests
(首图来源:ESA)