對冷暗物質理論最大的挑戰終於被攻破？
銀河系衛星星系的奇特排列可能否定暗物質理論
天爐矮星系，銀河系中已知的約59個矮衛星星系群之一。
（圖源：ESO/Digitized Sky Survey 2）
銀河系周圍的小型衛星星系星羅棋布，對此，天文學家們長久以來一籌莫展，科學家們或許也能解釋幾句，但並不足以服眾。
銀河系被較小的矮星系所包圍。在傳統的星系生長模型中，這些小型星係為巨大的暗物質暈所困。暗物質無法被科學家們觀測到，卻能塑造宇宙。理論上來說，矮星系匯聚在一起形成了大型星系，如今我們看到的矮星系均為形成過程中的殘留物。然而，若真如此，按照天文學家們的推測，這些殘留物矮星系應該四散於銀河系的暗物質暈周圍，可實際上它們似乎被限制在一個切過我們的銀河系的單一平面上。一直以來人們認為暗物質主導了宇宙，而這種異常情況挑戰了人們的認知。
當前，由芬蘭赫爾辛基大學的蒂爾·莎華拉領導的天文學家團隊提供了一個解釋。利用歐洲航天局蓋亞任務對衛星星系在天空中移動的測量，他們計算了衛星星系在過去未來的運動軌跡。在此過程中，他們發現這些衛星星系從來沒有、也永不會有排列關係——它們現在所處同一平面只是短暫地出於偶然。
英國達勒姆大學的宇宙學家、莎華拉團隊的成員卡洛斯·弗熱克告訴Space網站：「可能你今天觀察這些衛星星系的速度時它們是在同一平面移動的，但我們所做的是預測它們的軌道在十億年後的位置，這才是真的有意思的地方。它們今天剛好在同一平面上，真是個天大的巧合，最多十億年內它們就離開平面了。」
雖然看起來我們與衛星星系同時存在於同一平面上的幾率很小，但巧合確實就這樣發生了。舉個例子，土星環很年輕，而地球與土星環同時存在就是一個巧合。再舉個例子，另一個低機率情況是地球上看月亮能夠恰好擋住太陽導致日全食。由於月亮正在緩慢地遠離地球，未來它在天空中會變得小到無法完全擋住太陽。然而，我們人類卻剛好能看到全食的奇觀。
然而，這種說法並沒有贏得所有人的支持。德國萊布尼茨天體物理研究所的天文學家馬塞爾·帕夫洛夫斯基沒有參加這項研究，他對用巧合來解釋星系的排列組合持懷疑態度。帕夫洛夫斯基告訴Space網站：「衛星星系正以特定狀態排布，在這麼特殊的時間點，我們憑什麼剛好也出現在這裡？這不能只用巧合來解釋。」
修正牛頓動力學是暗物質理論的勁敵，衛星平面的存在也是基於這一學說的重要推論。天文學家試圖用暗物質來解釋衛星星係為何如此排布，可事實上衛星星系的引力似乎並不足以維持彼此的位置。修正牛頓動力學否認了暗物質的存在，我們所看到的額外引力是由牛頓引力在低加速度下的調整引起的，那些圍繞星系運行的恆星或圍繞銀河系運行的衛星星系都是可以如此解釋。
根據修正牛頓動力學，「銀河系和仙女星系應該在大約八十億年前有過一次相遇，」帕夫洛夫斯基說。在這種情況下，仙女星系的引力應該從銀河系勾連出物質，形成天文學上的潮尾，就像我們在其他星系的相互作用中看到的那樣。修正牛頓動力學認為，潮尾中的氣體和恆星可能已經凝聚成一定數量的矮星系，運動路徑與銀河系與仙女星系相遇時的軌跡一致。如果真的是這樣，仙女星系周圍應該也像銀河系一樣有一個衛星星系形成的平面。
哈勃望遠鏡拍攝的NGC 2623有兩條長長的潮尾。（圖源：ESA/Hubble & NASA）
事實證明，仙女座星系確實有一個衛星平面，其他幾個附近的星系也是如此，包括半人馬座A星系，它至今在為大約二十億年前經歷的星系相互作用和合併而受到震盪。
然而，弗熱克不贊同用修正牛頓動力學解釋這些星系中發生的同樣情況。弗熱克認為：「在我們發現銀河系周圍的衛星平面後，人們尋找其他星系周圍的平面，卻使用完全不同的標準來定義它們。這需要大量的研究工作，只能選擇性地將一部分衛星納入參考才能定義這種結構。但即便考慮到這一點，衛星平面依然是在模擬含有冷暗物質的星系時很常見的現象，仙女星系就是這樣。」
模擬固然好，但觀測數據才是關鍵。蓋亞是測量恆星和星系在太空中的位置和自行中所使用的最精確的儀器。
帕夫洛夫斯基說：「蓋亞的數據相當好，雖然還還不能做到絕對意義的精準，但它已經是一項革命性成就。」在此之前，帕夫洛夫斯基不僅用蓋亞的數據測量了衛星星系的自行，而且還用哈勃太空望遠鏡的測量結果進行了更精確的評估。他感嘆道：「由於某些原因，（哈勃測量）在這項研究中基本上被忽略了。」
蓋亞測量結果的偏差是否真的會致使誤導研究？對此，帕夫洛夫斯基打了個比方：假設有一堆彈珠都在一條完美的直線上滾動，所有的彈珠都在同一個方向上，沒有離開其路徑的切向速度。但如果在測量彈珠的運動時，測量到了錯誤的切向速度，哪怕只是差之毫厘，用錯誤的測量結果進行推算後，就會不幸得出「彈珠會隨著時間推移而四散」這樣謬之千里的結果。
儘管修正牛頓動力學的擁護者會拿暗物質研究的資金比給修正牛頓動力學的多得多做藉口，總的來說，冷暗物質理論有更多證據支持，仍然是較為主流的觀點。修正牛頓動力學也有其成功之處，例如預測了在星系自轉曲線中測量到的加速度。
無論如何，暗物質理論家們最終對這一新結果感到滿意。
弗熱克在一份聲明中說道：「我們攻破了針對冷暗物質理論的最大挑戰之一。我們可以繼續用暗物質理論來解釋宇宙的演化。」
BY:Keith Cooper
FY:洲
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