▲该示意图反映了暗物质（上）和恒星（下）的分布情况。
当今全球宇宙学中最炙手可热的课题之一当属暗物质研究。多年来，科学家们一直试图解答的问题是：暗物质真的存在吗，或者牛顿的万有引力定律是否已经需要改写？据《物理评论快报》（Physical Review Letters）6月25日刊发的一篇研究论文称，德国波恩大学（University of Bonn）和美国加州大学欧文分校（University of California at Irvine）的研究人员利用复杂的计算机模拟手段设计了一种测试方案来回答天体物理学中这个紧迫的问题。该项新研究表明，答案就隐藏在围绕银河系旋转的小卫星星系中的恒星运动轨迹中。
研究人员们利用世界上最快的超级计算机之一模拟了卫星矮星系——银河系或仙女座星系的周围就有这样的小型星系——中的物质分布。具体来说，研究人员关注的是一种名为“径向加速度关系”（radial acceleration relation, 简称RAR）的指标。众所周知，在圆盘星系中，恒星围绕着星系中心沿圆形轨道运行。然而，迫使它们不断改变方向（因为是弧形轨道）的加速度是由星系中物质的引力所引起的。径向加速度关系试图描述的就是这一加速度和仅由可见物质引起的加速度之间的关系，这一指标能协助我们洞察星系的内部结构以及其中的物质分布情况。
波恩大学阿格兰德天文研究所（Argelander Institute for Astronomy）的克里斯蒂亚诺·波尔恰尼教授（Prof. Dr. Cristiano Porciani）介绍道：“这是我们首次在假设暗物质存在的基础上对矮星系的径向加速度关系进行了模拟。模拟数据表明，它们的行为与缩小版的大型星系如出一辙。然而有人提出这样的质疑：假如没有暗物质存在，对这一现象取而代之的理论解释是，由于引力的作用方式与牛顿所定义的不同而引起的，那又会怎样呢？研究人员埃米利奥·罗曼诺迪亚兹（Emilio Romano-Diaz）解释道：“在这种情况下，矮星系的径向加速度关系在很大程度上取决于其与母星系的距离，而假如暗物质存在的话，这一说法就不能成立。”
正是基于这种理论假设上的差异，人造卫星作为一种强大的探测器便有了用武之地，科学家借助它能测试验证暗物质是否真的存在。2013年由欧洲航天局（ESA）发射的“盖亚号”（Gaia）宇宙飞船的设计初衷就是以空前的精确程度来观测研究银河系及其卫星星系中的恒星，并收集大量数据。如今，它已经可以为这个问题提供解答了。不过，要完全解开这个谜题则可能还需要数年的时间。博士生恩里科·格拉尔帝（Enrico Garaldi）解释道：“单独的测量还不足以测试与验证我们在模拟中发现的微小差异。但是，反复仔细观察同一颗恒星，每次的测量结果都会得到改善。迟早有一天，它能帮助我们会根据矮星系的表现判定这个宇宙中是否真的存在暗物质。”
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编译：朱明逸 审稿：三水 编辑：张梦
来源：https://scitechdaily.com/galactic-test-set-to-clarify-the-existence-of-dark-matter/
