一項(xiàng)基于星系數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)研究表明，難以捉摸的暗物質(zhì)同樣受引力法則約束。

關(guān)于暗物質(zhì)——亦即據(jù)稱構(gòu)成宇宙約85%質(zhì)量的"失蹤"物質(zhì) —— 我們?nèi)灾跎?。物理學(xué)家有充分理由相信其存在。最新研究證實(shí)了關(guān)于暗物質(zhì)的一個長期猜想：它會受到引力影響，并可通過引力效應(yīng)被探測到。

11月3日發(fā)表于《自然·通訊》的一篇論文，對星系紅移（即星系遠(yuǎn)離我們時其光波波長的變化）進(jìn)行了詳盡的數(shù)學(xué)分析。研究數(shù)據(jù)集結(jié)合了暗能量巡天項(xiàng)目前三年的觀測結(jié)果以及來自不同光譜巡天項(xiàng)目的22個數(shù)據(jù)點(diǎn)。研究人員評估了宇宙學(xué)數(shù)據(jù)與引力及歐拉方程（天體物理學(xué)家用來解釋廣義相對論效應(yīng)的一組工具）的吻合程度。

他們發(fā)現(xiàn)了有力證據(jù)，支持暗物質(zhì)與宇宙中其他物質(zhì)一樣遵循引力法則的觀點(diǎn)。同時，他們也發(fā)現(xiàn)存在微弱可能性的某種神秘"第五種力" —— 若該力真實(shí)存在，或?qū)氐赘淖儼滴镔|(zhì)的探索方向。

時空凹陷

研究中，團(tuán)隊(duì)借助引力勢阱展開分析 —— 這些由大質(zhì)量天體引力在時空結(jié)構(gòu)中所造成的顯著"凹陷"。他們追蹤了引力波如何引發(fā)星系速度變化（具體體現(xiàn)為紅移數(shù)據(jù)）。

研究合著者、瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)物理學(xué)家卡米耶·邦萬在新聞稿中解釋："如果暗物質(zhì)不受第五種力影響，那么主要由暗物質(zhì)構(gòu)成的星系將會像普通物質(zhì)一樣，在純引力作用下墜入這些勢阱。"

但論文指出，若暗物質(zhì)不受引力約束，星系與引力波的相互作用方式將會出現(xiàn)異常。研究團(tuán)隊(duì)的計算表明，星系運(yùn)動確實(shí)遵循廣義相對論和歐拉方程 —— 這意味著暗物質(zhì)極大概率同樣受引力支配。

第五種力

研究的另一重點(diǎn)是探討暗物質(zhì)可能受到某種未知"第五種力"作用的可能性。迄今物理學(xué)家已確認(rèn)自然界的四種基本力 —— 引力、電磁力、強(qiáng)核力與弱核力 —— 它們支配著所有物質(zhì)的行為。但暗物質(zhì)是否會有所不同？它是否遵循其他規(guī)律運(yùn)作？

簡而言之，研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)論是一個微弱的"或許"。論文第一作者、英國樸茨茅斯大學(xué)天體物理學(xué)家娜斯塔西婭·格里姆在新聞稿中承認(rèn)，現(xiàn)有結(jié)論"尚未能排除未知力存在的可能性"。但她補(bǔ)充道，即使存在這種力，其強(qiáng)度也不可能超過引力的7%，否則早該在觀測中顯現(xiàn)。

論文進(jìn)一步指出，即便第五種力存在的可能性微乎其微，它"不僅會打破歐拉方程，還會在密度漲落和引力勢的演化過程中留下印記"。從根本上說，第五種力的存在將要求天體物理學(xué)家徹底重構(gòu)現(xiàn)有星系研究體系。

這究竟是噩夢還是奇幻探索的開端，研究人員目前尚難斷言。不過他們預(yù)期，借助維拉·魯賓天文臺和暗能量巡天項(xiàng)目的下一輪觀測數(shù)據(jù)，很快將有機(jī)會對此展開更深入的探索。

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