天文學家觀測到比理論允許的更多的盤狀星系

宇宙學標準模型根據大多數物理學家的觀點描述了宇宙是如何形成。德國波恩大學的研究人員在這個模型中研究星系的演化，發現與實際觀測結果存在相當大的差異。

波恩大學輻射與核物理研究所帕夫·克魯帕（Pavel Kroupa）教授解釋說：「從地球上可見的大多數星系都類似一個中心加厚的扁平圓盤。因此，它們類似擲鐵餅的運動器材。然而，根據宇宙學標準模型，這樣的圓盤應該很少形成。因為在模型中，每個星系都由暗物質暈圈包圍。這個暈圈是看不見的，但由於它的質量，它會對附近的星系產生強大的重力。這就是為什麼我們在模型宇宙中不斷看到星系相互合併的原因。」

星系合併有兩個影響，物理學家解釋說：「首先，星系在這個過程中穿透，破壞圓盤的形狀。其次，它降低了合併產生新星系的角動量。」簡而言之，大大降低了它的轉速。旋轉運動通常確保在此過程中作用的離心力導致形成新的圓盤。但是，如果角動量太小，根本不會形成新的圓盤。

由克魯帕教授的博士學生莫里士· 希素包亞（Moritz Haslbauer）帶領的研究小組使用最新的超級電腦模擬來研究宇宙的演化。計算基於宇宙學標準模型；它們顯示如果這個理論是正確的，那麼到今天應該已經形成那些星系。然後，研究人員將他們的結果與目前可能是地球上可見的真實宇宙最準確的觀測數據進行比較。我們遇到預測與現實之間的顯著差異。顯然，圓盤狀星系的數量比理論所能解釋的要多得多。即使在當今的超級電腦上，模擬的分辨率也是有限的。因此，可能在宇宙學標準模型中低估了形成的圓盤狀星系的數量。然而，即使我們考慮到這種影響，理論和觀測之間仍然存在嚴重的差異。

對於標準模型的替代方案，情況有所不同，它省去了暗物質。根據修正牛頓動力學理論，星系不是通過相互合併而生長，而是由旋轉的氣體雲越來越凝聚形成。在修正牛頓動力學理論宇宙中，星系也通過吸收周圍的氣體而生長。然而，在修正牛頓動力學理論中，成熟星系的合併很少見。這種修正牛頓動力學替理論的預測與我們實際看到的一致。

然而，星系增長的確切機制尚未完全了解，即使是修正牛頓動力學理論。此外，在修正牛頓動力學理論中，牛頓萬有引力定律在某些情況下不適用，但需要用正確的定律代替。這將對物理學的其它領域產生深遠的影響。儘管如此，修正牛頓動力學理論解決了所有已知的銀河系以外宇宙學問題，儘管最初只是為了解決星系問題，研究證明，今天的年輕物理學家仍然有機會為基礎物理學做出重大貢獻。

【圖、文：節譯自德國波恩大學2022年2月4日新聞公佈】研究全文刊登在2022年2月4日出版的《天體物理學報》 標題是：The High Fraction of Thin Disk Galaxies Continues to Challenge ΛCDM Cosmology