本應無序卻有序，現有宇宙理論框架再遇挑戰

02-14

科學家們曾認為，銀河系和Andromeda星系（Andromeda galaxies）擁有十分獨特的特徵，因為它們中一環一環的小型矮星系（dwarf galaxies）的軌道似乎是同步的。 但最近的一項研究發現，另一個星系中也存在著這種現象。打個比方的話，這看上去就像是一堆小矮人在圍著篝火有序地跳舞一樣，而現有的理論卻並不能解釋它們。

一個由四人組成的國際研究小組注意到了Centaurus A星系（elliptical Centaurus A galaxy，距銀河系三千萬光年）中的這一現象。根據現有的星系形成理論，矮星系繞星系中心的運動軌道應該是隨機的，所以，在宇宙中發現第三個像銀河系和Andromeda星系這樣矮星系間具有同步軌道的星系是不太可能的。但事實就是如此，這意味著現有的理論存在缺陷。該研究已發表在《Science》上。

該研究論文作者，瑞士Basel大學（University of Basel）的Oliver Müller說：「存在一個這樣星系是完全正常的，但兩三個都是就不太對了。理論上本應無序的事物卻在以一種有序的方式存在著，這很奇怪。」

在大爆炸的理論框架下，物理學家們用「lambda-CDM」模型來解釋大爆炸後的宇宙活動。該模型可以說是我們當前對於宇宙認識的總結：宇宙誕生於一次爆炸，宇宙中存在著很多的星系，星系間存在著空無一物的空間，宇宙中存在著暗物質和暗能量，宇宙還在加速擴張……根據該模型的預測，在星系的形成過程中，矮星系在出現後圍繞其宿主星系移動的軌道應該是隨機的。

銀河系和Andromeda星系中的矮星系都不能被該模型所解釋，它們繞著母星系旋轉，就像是土星的環。有人曾認為，或許只有這兩個「本地系」是異常的，大部分星系還是能被模型所解釋。

而在最近的這項研究中，研究人員利用由澳大利亞帕克斯望遠鏡（Parkes Telescope）所收集的數據，研究了距離我們較遠的非「本地系」的Centaurus A galaxy，由於該星系中的矮星系盤在方向上正沖著我們，所以研究人員能夠利用多普勒效應來觀察由該星系中14個矮星系所發出的光線，這些矮星系的分布在Centaurus A的一側鋪開，在另一側變窄。換句話說，這些矮星系看起來就像是正在一邊離開我們，一邊又朝著我們運動，就像一個旋轉著的大盤。

一千個星系中可能會有一個星系存在這種有序的矮星系盤，但除非現有的星系形成理論有誤，否則同時有三個星系存在這種特徵的可能性很低。

Oliver Müller說：「這就是我們在太空中看到的許多未知的引力運動之一，但我認為這些未知的引力運動對於現有的標準理論來說是一種挑戰。」

雖然該研究只觀測了Centaurus A中的十六個矮星，並發現其中的十四個同步移動，但Centaurus A中還有另外44個矮星系沒有被觀測，所以這次的結果可能的確是一個巧合，即這些矮星系確實是在隨機移動，而不是像它們看起來那樣在一個磁碟陣列中繞圈。Oliver Müller認為，他的團隊在未來需要對矮星系和其他星系周圍的速度進行更多的測量，以支持論文的觀點。

目前，有許多科學家都認同該研究的觀點，但挪威奧斯陸大學理論天體物理研究所（Institute of Theoretical Astrophysics at the University of Oslo）的Bridget Falck對此的態度則十分謹慎。她說：「雖然這篇文章加強了有關Centaurus A周圍的存在同軸旋轉平面的證據，但這離要證明這些旋轉平面不能被Lamba CDM所解釋還差得很遠。Centaurus A星系的周圍環境類似於「本地系」的周圍環境（相對孤立），而大多數星系與周圍的聯繫都「相對緊密」，這也可能是這種有序矮星系現象存在的原因之一。

萊布尼茲波茨坦天體物理研究所（Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam）的Noam Libeskind認為，目前的觀測都僅限於我們附近的星系，而即將啟用的望遠鏡，如強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），可以對距離我們更遠的星系收集更多的數據。他說：「如果未來我們發現這種現象確實是一種「地方性」的特徵，那我們就會陷入困境。但無論是以哪種方式，對這些現象的研究都必定會加深我們對星系形成和宇宙演化過程的理解。」

凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）的天文學家Stacy McGaugh 指出，lambda-CDM 模型目前已經存在問題，並且認為有三個這種具有矮星系同步運動特徵星系對該模型來說確實是一種挑戰。 Lambda-CDM 中的數學通常是可行的（除了事實上還沒有人發現暗物質），所以天文學家門經常把它看成是一個「成功」的理論，並將一些類似這種現象的微小「異常」歸類為「讓我們以後再說」的情況。

Stacy McGaugh 說：「目前我們有有一大堆這樣與理論矛盾的微小『異常』。暗物質和黑暗能量已經在理論中存在很久了，但如果最終沒有人發現暗物質的證據，那我們目前的整個理論框架就會像多米諾骨牌那樣倒塌。」

或許Oliver Müller和他的團隊僅僅是發現了另外一個微小的「異常」，也或者是孤立的星系擁有與大多數星系不同的特徵，也或許是他們真發現了目前普遍接受的宇宙論理論所面臨的又一個問題。

Oliver Müller 說：「宇宙一直以來都在給我們驚喜，我們也一直認為我們是宇宙中的一種特殊的存在，但『本地系』在宇宙中卻並不是什麼特別的存在。」