我们已经寻找了几十年的暗物质,但始终未有确切的结果。现在,天体物理学家开始思考其他有趣的可能性:如果影响银河系旋转速度的并不是某种不可见的物质呢?如果是光的质量呢?

1980年,美国天文学家Vera Rubin证明:星系的旋转速度很不合理,角速度远远超过其质量所能支持的大小。

从银河系中心向外,理论上,一圈圈恒星和气态物质的圆周运动应该越来越慢,速度落差与到中心的距离成正比。

术语叫开普勒下降,或递减旋转曲线,在我们太阳系的行星系统中能观察到此类现象。但大多数星系却表示,我不!和理论相反,它们的转速要么保持不变,要么增加。

考虑到牛顿第二定律,为了维持圆周运动的向心力,必须有足够的质量提供引力。

但是,已知星系质量明显不足,所以天体物理学家假设存在一种暗物质。我们不知道它是什么东西,根据假设,我们也无法直接检测到它们。但除非我们目前对物理宇宙的全部认知(以及我们收集到的关于这种现象的所有数据)都是错误的,否则星系中必然存在额外的未知质量。

根据一组研究人员——特别是最近从加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室退休的等离子体物理学家Dmitri Ryutov,以及德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的Dmitry Budker 和Victor Flambaum的说法,额外质量可能不是来自暗物质。

在新论文里,他们提出了一个论点,即光粒子(光子)至少是部分额外质量的来源——造成一种不是引力,但表现得很像引力的效果。

“我们正在分析这一假设,”Budker说,“引入一部分光子质量,远小于当前额外质量的上限,我们可以证明这部分光子质量足以在星系中产生额外的力,并且这些力大致足以解释旋转曲线。这个结论非常令人兴奋。”

类似引力的效果来自于与光子质量相关的电磁应力所引起的一种“负压”。

当被置于Maxwell-Proca电动力学的数学系统背景下时,这些电磁应力可以产生额外的向心力,主要作用于星际气体。该团队称之为Proca压力,它很像引力。

所以,是的,目前还完全是理论推导。而且是并不完美的理论。

一方面,由气体产生的短寿命恒星(沿轨道旋转一周后迅速弥散成气态物质的恒星)将与气体强烈耦合; Proca压力作用于气体时也会间接地作用于这些恒星。

但是理论应用在寿命较长的恒星处会出现问题。例如,太阳约有46亿年的历史,每2.3亿年就会绕银河系一周,所以它已经在环形交叉路口上转了几圈。根据计算,它应该在Proca压力下具有高度椭圆的轨道。

然而事实并非如此。因此,该理论需要进一步调整才能与我们的实际观测相容。就目前而言,暗物质仍然是王道。但探索各种可能性有百利而无一害。

“目前,我们不认为光子质量是最终答案。但它可能答案的一部分。”Budker说,“但是,只要实际上还没发现暗物质,我们就需要保持开放的态度。”

该研究发表在《天体物理学》杂志上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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