河北
大多数人觉得，引力嘛，就是那种把苹果往下拽的力，很常见。但对于天文学家和理论物理学家而言，它也是个让人头疼的无形推手，引导着宇宙中最大宇宙结构的形状与演化。
看到一些星系跑得特别快，这事儿让人想不通。数十年来，这些现象逼得宾夕法尼亚大学的帕特里西奥·A·加拉多等宇宙学家重新琢磨物理学基础，例如探究艾萨克·牛顿和阿尔伯特·爱因斯坦所描述的引力定律是否真的适用于所有情况。
"天体物理学的账本上，一直有笔大烂账，"加拉多表示。"当我们观察恒星在星系内的运行方式，或星系在星系团中的运动时，有些恒星或星系，照它们里头能看到的物质来算，跑得实在太快了。"
他解释道，这种差异迫使我们必须在两个截然不同的结论中做出选择。要么宇宙里藏着大堆看不见的暗物质，它们额外拽了一把；要么'引力的基本方程需要修正'。"
近日，借助由马克·德夫林领导的宾夕法尼亚大学研究人员主要开发的、约三层到四层楼高的阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）的观测数据，加利亚多团队及其合作者测试了跨越数亿光年的星系团间的引力——这是迄今为止最大尺度的引力探测试验。
他们的研究结果发表在《物理评论快报》上，表明引力强度随距离衰减的方式几乎完全吻合牛顿提出、后被爱因斯坦广义相对论吸纳的方程预测。
“令人瞩目的是，牛顿在17世纪提出、后被爱因斯坦广义相对论纳入的平方反比定律，在21世纪依然站得住脚。”加利亚多表示。
加利亚多解释说，在跨越浩瀚河外星系的尺度上，引力表现与既有理论一致，这巩固了现代科学的基石：宇宙学标准模型。通过证明基本引力理论在最大尺度上并未失效，这些数据彻底堵死了诸如修正牛顿动力学（MOND）等试图通过修改引力定律来解释宇宙运动的理论。
当牛顿提出平方反比关系（即万有引力随物体间距离的平方成反比减弱）时，他主要想解释太阳系中物体的运动。加拉多表示，这一原理如今已经在牛顿那个年代根本想象不到的质量和距离上得到了检验。
搞懂宇宙的“限速”
宇宙里有超过两千亿个星系，它们的运动可不是光靠引力就能解释的。
按照牛顿的逻辑，离星系中心越远的恒星应该转得越慢。然而，天文学家看到的正好相反：最外围区域的运动速度远远快于可见物质能解释的速度。同样的矛盾也出现在星系团里，整个星系的运动速度对于它们的质量来说太快了。
“这正是核心问题，”加拉多解释道，“要么是引力在超大尺度上表现不一样，要么就是宇宙里有我们看不见的额外物质。”
在宇宙中测试引力
为了检验这个想法，研究人员借用了ACT的观测数据——大约在大爆炸后38万年释放的光，这种光自那时起一直在宇宙中穿梭，被称为宇宙微波背景辐射。
当这种远古的光穿过巨大星系团时，会被它们的运动微妙地改变，留下天文学家能够探测到的微弱印记。研究人员通过解读这些扭曲，并测量了数十万个星系团的运动——这些星系团之间相隔数千万光年——从而确定了引力对宇宙中最大结构的拉扯强度。如果修改引力理论（如MOND）是正确的，那么测量结果将显示引力衰减会更平缓。
然而，结果几乎和牛顿与爱因斯坦的理论预测完全吻合。
因为预测是对的，缺失质量问题无法通过改变引力本身来解释，这进一步说明了：一种看不见的成分——暗物质——必定在额外拉拽。
暗物质之谜
理解暗物质的本质仍然是现代物理学中最大的挑战之一。
“这项研究加强了宇宙包含暗物质成分的证据，”加拉多说。“但我们仍然不知道它到底是什么构成的。”
未来对宇宙微波背景辐射的观测以及更大规模的星系巡天将让物理学家和天文学家更精确地检验引力。
“有这么多未解之谜，引力仍然是研究中最迷人的领域之一。这是个天生有吸引力的领域，”加拉多笑着说。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
