研究指出：就连暗物质也难逃引力掌控

一项基于星系数据的数学研究表明，难以捉摸的暗物质同样受引力法则约束。

关于暗物质——亦即据称构成宇宙约85%质量的"失踪"物质 —— 我们仍知之甚少。物理学家有充分理由相信其存在。最新研究证实了关于暗物质的一个长期猜想：它会受到引力影响，并可通过引力效应被探测到。

11月3日发表于《自然·通讯》的一篇论文，对星系红移（即星系远离我们时其光波波长的变化）进行了详尽的数学分析。研究数据集结合了暗能量巡天项目前三年的观测结果以及来自不同光谱巡天项目的22个数据点。研究人员评估了宇宙学数据与引力及欧拉方程（天体物理学家用来解释广义相对论效应的一组工具）的吻合程度。

他们发现了有力证据，支持暗物质与宇宙中其他物质一样遵循引力法则的观点。同时，他们也发现存在微弱可能性的某种神秘"第五种力" —— 若该力真实存在，或将彻底改变暗物质的探索方向。

时空凹陷

研究中，团队借助引力势阱展开分析 —— 这些由大质量天体引力在时空结构中所造成的显著"凹陷"。他们追踪了引力波如何引发星系速度变化（具体体现为红移数据）。

研究合著者、瑞士日内瓦大学物理学家卡米耶·邦万在新闻稿中解释："如果暗物质不受第五种力影响，那么主要由暗物质构成的星系将会像普通物质一样，在纯引力作用下坠入这些势阱。"

但论文指出，若暗物质不受引力约束，星系与引力波的相互作用方式将会出现异常。研究团队的计算表明，星系运动确实遵循广义相对论和欧拉方程 —— 这意味着暗物质极大概率同样受引力支配。

第五种力

研究的另一重点是探讨暗物质可能受到某种未知"第五种力"作用的可能性。迄今物理学家已确认自然界的四种基本力 —— 引力、电磁力、强核力与弱核力 —— 它们支配着所有物质的行为。但暗物质是否会有所不同？它是否遵循其他规律运作？

简而言之，研究团队的结论是一个微弱的"或许"。论文第一作者、英国朴茨茅斯大学天体物理学家娜斯塔西娅·格里姆在新闻稿中承认，现有结论"尚未能排除未知力存在的可能性"。但她补充道，即使存在这种力，其强度也不可能超过引力的7%，否则早该在观测中显现。

论文进一步指出，即便第五种力存在的可能性微乎其微，它"不仅会打破欧拉方程，还会在密度涨落和引力势的演化过程中留下印记"。从根本上说，第五种力的存在将要求天体物理学家彻底重构现有星系研究体系。

这究竟是噩梦还是奇幻探索的开端，研究人员目前尚难断言。不过他们预期，借助维拉·鲁宾天文台和暗能量巡天项目的下一轮观测数据，很快将有机会对此展开更深入的探索。

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