科学家分析盘状星系的演变 发现“预测与现实之间的重大差异”

根据大多数物理学家的观点，宇宙学标准模型描述了宇宙是如何产生的。波恩大学的研究人员现在研究了这个模型中星系的演变，发现与实际观测结果有相当大的差异。苏格兰圣安德鲁斯大学和捷克查理大学的科学家们也参与了这项研究。这些结果现在已经发表在《天体物理学杂志》上。

从地球上可见的大多数星系都类似于一个中心加厚的平盘。然而，根据宇宙学标准模型，这种圆盘应该相当少地形成。这是因为在该模型中，每个星系都被一个暗物质的光环所包围。这个光环是看不见的，但由于其质量，对附近的星系产生了强大的引力。波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的Pavel Kroupa教授博士解释说：“这就是我们不断看到星系在模型宇宙中相互合并的原因。”

这位物理学家解释说，这种碰撞有两种影响。“首先，星系在这个过程中穿透，破坏了圆盘形状。第二，它减少了合并所产生的新星系的角动量。”简单地说，这大大降低了它的旋转速度。旋转运动通常能确保在这一过程中作用的离心力导致新盘的形成。然而，如果角动量太小，新的圆盘就根本不会形成。

在目前的研究中，Kroupa的博士生Moritz Haslbauer带领一个国际研究小组，利用最新的超级计算机模拟研究宇宙的演变。这些计算基于宇宙学标准模型；它们显示了如果这个理论是正确的，哪些星系到今天应该已经形成。然后研究人员将他们的结果与目前可能是地球上可见的真实宇宙的最准确的观测数据进行了比较。

Haslbauer说：“在这里，我们遇到了预测和现实之间的重大差异：显然，盘状星系的数量明显多于理论所能解释的数量。”然而，即使在今天的超级计算机上，模拟的分辨率也是有限的。因此，可能是在宇宙学标准模型中会形成的盘状星系的数量被低估了。Haslbauer指出：“然而，即使我们考虑到这种影响，理论和观测之间仍然存在着无法弥补的严重差异。”

对于标准模型的替代方案，情况则不同，它免除了暗物质。根据所谓的MOND理论（缩写为"MilgrOmiaN Dynamics"），星系并不是通过相互合并而成长的。相反，它们是由旋转的气体云形成的，这些气体云变得越来越凝练。在MOND宇宙中，星系也通过从其周围吸收气体而成长。然而，在MOND中，完全成长的星系的合并是罕见的。Kroupa说：“我们在波恩和布拉格的研究小组已经独特地开发了在这个替代理论中进行计算的方法，”他也是波恩大学"建模"和"物质"跨学科研究单位的成员。“MOND的预测与我们实际看到的一致。”

对标准模型的挑战

然而，即使有了MOND，星系生长的确切机制也尚未被完全理解。此外，在MOND中，牛顿的重力定律在某些情况下并不适用，而是需要用正确的定律来代替。这将对物理学的其他领域产生深远的影响。“尽管如此，MOND理论解决了所有已知的银河系外宇宙学问题，尽管它最初的制定只针对星系，”参与这项研究的Indranil Banik博士说。“我们的研究证明，今天的年轻物理学家仍然有机会为基础物理学做出重大贡献，”Kroupa补充道。