圆盘状星系太多了 宇宙学标准模型与实际观测结果显著不符

圆盘状星系太多了 宇宙学标准模型与实际观测结果显著不符

宇宙学标准模型描述了宇宙是如何形成的，代表了宇宙学家最普遍的观点。

波恩大学的研究人员现在发现，模型与实际观测结果存在相当大的差异。苏格兰的圣安德鲁斯大学和捷克共和国的查尔斯大学也参与了这项研究。它们的论文现已发表在《天体物理学杂志》上。

从地球上可见的大多数星系都类似于一个中心加厚的扁平圆碟子。然而，根据宇宙学标准模型，这样的圆盘应该很少。这是因为在模型中，每个星系都被暗物质晕圈所包围。这个光环是看不见的，但由于它的质量，它会对附近的星系产生强大的引力。 “这就是为什么我们在模型宇宙中不断看到星系合并。”波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的 Pavel Kroupa 教授解释说。

星系合并有两个后果，“首先，星系在过程中被彼此穿透，破坏了圆盘的形状。其次，它降低了新星系的角动量。”简而言之，这大大降低了它的转速。但是，如果角动量太小，根本无法形成新的碟子。

理论与现实差距很大

在目前的研究中，Kroupa 的博士生 Moritz Haslbauer 带领一支国际团队使用最新的超级计算机来模拟宇宙演化。基于宇宙学标准模型，它们显示了如果这个理论是正确的，那么到今天应该已经形成了哪些星系。然后，研究人员将他们的结果与目前地球上可见的真实宇宙最准确的观测数据进行了比较。

“我们看到了与现实之间的显著差异。”Haslbauer 说，“显然，平底圆盘子星系的数量比理论所能解释的要多得多。”

即使在当今最强的超级计算机上，模拟的精度也是有限的。因此，可能存在数量上的误差。 “然而，即使我们考虑到这种影响，理论和观察之间仍然存在无法弥补的严重差异。”

但模拟宇宙标准模型的替代方案，情况则有所不同，它省去了暗物质。根据所谓的MOND 理论(MilgrOmiaN Dynamics)，星系不是通过相互合并生长的，而是由旋转的气体云越来越凝聚形成的。在 MOND 宇宙中，星系也通过吸收周围的气体而生长。然而，在 MOND 中，成熟星系的合并很少见。“我们在波恩和布拉格的研究小组独立地开发了在对替代理论中进行计算的方法。”Kroupa 说，他也是波恩大学“建模”和“物质”跨学科研究单位的成员。“MOND 的预测与我们实际看到的一致。”

然而，星系增长的确切机制尚未完全了解，即使是MOND。此外，在 MOND 中，牛顿万有引力定律在某些情况下不适用。这将对物理学的其他领域产生深远的影响。“尽管如此，MOND理论解决了所有已知的河外宇宙学问题，尽管最初只是为了解决星系问题。”参与这项研究的 Indranil Banik 博士说。

“我们的研究证明，今天的年轻物理学家仍然有机会为基础物理学做出重大贡献。”Kroupa补充道。

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