《物理评论D》：新证据让宇宙最大谜团之一暗物质模型面临危机

宇宙里有一个秘密困扰了天文学家超过40年。这个秘密的名字叫做暗物质。据说它占宇宙物质的85%，却从未被直接观测到。如今，一项来自波恩大学的新研究却给这个主流理论投下了一颗巨大的震撼弹。研究人员发现，附近星系团中的普通物质含量几乎是之前认为的两倍，这意味着许多曾被视为确凿证据的暗物质模型现在都需要被重新审视。

这项发表在《物理评论D》的研究重新分析了大约46个星系团的质量。研究人员利用整合银河初始质量函数理论，首次准确计算了这些星系团中所有元素的含量。令人惊讶的是，他们发现星系团的普通物质含量大约是先前假设值的两倍。波恩大学和布拉格查理大学的天体物理学家帕维尔·克鲁帕指出，这项新发现意味着之前推测暗物质与普通物质的比例为5到10比1，但现在这个比例降低到了2.5到5比1。

消失的暗物质与死亡恒星的秘密

那么这些新发现的普通物质去哪里了？答案隐藏在宇宙的黑暗角落。波恩大学博士生董章解释说，这些星系团中包含大量的恒星残骸，包括白矮星、中子星和恒星级黑洞。这些死亡恒星的遗骸一直在那里，但此前被忽视了。这些质量超过太阳质量10倍的大恒星最终都会变成中子星或黑洞而死亡。现在科学家们意识到，这些看不见的残骸对星系团的总质量贡献远比想象中要大。

这张阿贝尔85星系团的图像由位于夏威夷的昴星团望远镜拍摄。增强的青色薄雾层是星系团内部的光——无数恒星从它们原本的星系中脱离出来，在浩瀚的星系际空间中游荡时产生的集体光芒。图片来源：天文数据/图像：M. Montes（加那利天体物理研究所）；艺术增强：J. Pinto（鲁宾天文台）。

星系团中还包含大量低质量、富含金属的恒星，这些普通物质就位于星系团内星系之间的位置，形成了一个我们之前不曾充分认识的质量储存库。这个发现最深刻的含义在于，我们以前关于暗物质含量的许多计算都基于不完整的数据。克鲁帕毫不留情地指出，现在所有之前提出的包含暗物质的模型都"突然"被推翻了。

修正引力理论的复仇

这个新发现为一个长期被主流科学界冷落的理论带来了意外的生机。这个理论名叫修正牛顿动力学（MOND），由以色列理论物理学家莫德海·米尔格罗姆提出。MOND理论的核心观点非常激进：也许暗物质根本不存在，我们只是误解了引力的运作方式。

MOND理论在低加速度环境下修改了牛顿的动力学规律，以解释为什么星系的旋转速度比现有物理学预测的要快。长期以来，这个理论遭到了主流天体物理学家的普遍批评，原因是它需要超越标准模型的全新物理学。然而，波恩大学的新研究结果与MOND理论的预测非常吻合。当星系团的重子物质含量增加一倍时，暗物质的必要性就大大降低了。

克鲁帕认为，MOND理论解释了为什么质量最大的椭圆星系能在仅仅十亿年或更短的时间内形成。在标准暗物质模型中，这些星系的形成速度太快了，这是一个长期存在的理论问题。同时，对邻近的大小麦哲伦星云的观测也显示，这两个星系没有显示出暗物质晕的迹象。在MOND模型中，星系没有暗物质晕，所以它们极少合并，只是彼此环绕运行，这与观测到的情况相符。

暗物质研究面临困境

克鲁帕的结论令人震撼：过去40年来，暗物质研究进展甚微。从瑞士天文学家弗里茨·兹威基1933年提出暗物质概念，到现在，我们仍然没有找到任何直接的物理证据。更讽刺的是，我们继续投入巨资去寻找这个可能根本不存在的东西。克鲁帕直言，继续资助暗物质研究是对纳税人资金的巨大浪费。

然而，暗物质理论的支持者仍然坚持自己的立场。他们指出，暗物质假说已经在许多其他天文现象中得到了验证，包括宇宙微波背景辐射和大尺度结构观测。MOND理论虽然在解释星系旋转方面表现不错，但在解释这些大尺度现象时遇到了困难。这使得整个争论陷入了一个复杂的状态：两种理论各有所长，也各有所短。

波恩大学的新研究表明，宇宙学中最古老的谜团之一可能正走向终结。无论最终答案是什么，这项工作都提醒我们，科学永远不应该停止质疑，即使那个被质疑的对象已经统治理论界几十年。