重要發現：在所有常見類型的星系中存在徑向加速度關係

編譯：鄭娟娟

正常物質（normalmatter）的分布，精確地決定了所有常見類型星系中的重力加速度。

2月16日，《天體物理學雜誌（TheAstrophysical Journal）》發表了一篇新論文——《One Law to Rule Them All: The Radial Acceleration Relation ofGalaxies》，講述了天文學的重要發現。

研究團隊來自凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）。基於去年在螺旋星系和不規則星系中發現的這種徑向加速度關係，天文學家再一次通過研究說明，這種關係也存在於附近的大質量橢圓星系和低質量橢球星系中。因而，它也進一步支持了一種觀點——這種徑向加速度關係相當於一個新的自然法則（a new natural law）。

「這表明，星系系統真的存在一個普遍的規律。」Federico Lelli說，他是凱斯西儲大學的前天文學博士後，現在是歐洲南方天文台的研究員，也是該項研究的領導者。論文的合著者還包括Stacy McGaugh，凱斯西儲大學天文學系主任；James Schombert，俄勒岡大學天文學教授；Marcel Pawlowski，凱斯西儲大學前天文學博士後研究員，加州大學歐文分校的哈勃研究員。

「這個規律就像行星系統的開普勒定律，開普勒定律並不關心行星的具體屬性，無論是像地球一樣的岩石行星，還是像木星一樣的氣態行星，開普勒定律都適用。」Lelli說。

在這種規律下，無論星系的類型如何，人們觀察到的加速度，與可見質量的重力加速度緊密相關。換句話說，如果天文學家測量了正常物質的分布，他們就能得出旋轉曲線，反之亦然。

Lelli同時也說，「目前還不清楚這種關係到底意味著什麼，也不清楚產生它的根本原因是什麼。」

天文學家們研究了153個螺旋星系和不規則星系，以及25個橢圓星系和透鏡星系，還有62個矮球狀星系，結果顯示，觀察到的加速度與從可見質量預期的重力加速度密切相關。

同時，他們也發現，觀察到的對於這種相關性的偏差與任何星系的具體屬性無關，存在的偏差完全是隨機的，並且與測量誤差一致。

研究人員們說，根據目前的理解，星系中存在的這種緊密相關性很難在暗物質方面進行理解。

這個研究結果，同時也挑戰了當前對星系的形成和演化的理解。在星系的形成和演化中，經常會出現很多隨機的情況，例如星系間的合併和相互作用，氣體的流入和流出，恆星的形成和超新星爆發，而這些隨機的情況往往會同時發生。

Lelli說，「規律性的東西一定會以某種方式從這些混亂中浮現出來。」

研究者們選取了不同的向心加速度示蹤物，進行了組合，這些示蹤物來自不同類型的星系，具體包括：螺旋星系和不規則星系中的冷氣體，橢圓星系和透鏡星系中的恆星或熱氣體，矮球狀星系中的個別巨星。

調查的對象也包括所謂的超微矮球狀星系，但由於它們的光線非常微弱，研究起來十分困難，因而研究人員對此類對象中的徑向加速度關係，無法給出一個非常確信的解釋。

然而，越來越多的證據指向這種徑向加速度關係，很明顯，這個自然法則（natural law）要求對暗物質和引力進行新的思考。

「在標準的暗物質範式中，這個規律意味著，在星系中，可見物質和暗物質必須是緊密耦合的，並獨立於全局屬性。他們必須相互了解，」Lelli說，「在備擇模型內，例如修正引力模型，這個規律標誌著一個關鍵的經驗約束（a key empirical constraint），並且可能引導著理論物理學家去建立某些關於愛因斯坦廣義相對論的適當的數學擴展。」

到目前為止，該團隊的研究僅集中於附近宇宙的星系。Lelli和他的同行們計劃在更加遙遠的星系中對這個規律進行測試。他們想要研究大爆炸後幾十億年的那些星系。他們想知道，在宇宙的整個生命周期內，是否一直存在著同樣的規律。

消息源：

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170217012502.htm

論文地址：

https://arxiv.org/abs/1610.08981

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