暗物质是真实的，还是我们误解了引力？

　　多年来，天文学家和物理学家一直处于冲突之中。
　　我们在宇宙深处观察到的神秘暗物质是真实存在的，还是我们所看到的是对引力定律的微妙偏差的结果？
　　2016年，荷兰物理学家埃里克‧韦尔兰德提出了第二种理论：涌现性引力。
　　已发表的新研究中，将暗物质观测的极限推向了星系的外部未知区域，并在此过程中重新评估了几个暗物质实验和其他引力理论。
　　对25.9万个孤立星系的重力测量显示，暗物质的贡献和普通物质的贡献之间存在着非常密切的关系，正如韦尔兰德的新兴重力理论和一个称为修正牛顿动力学的替代理论所预测的那样。
　　然而，这些结果似乎也与假设暗物质是（真实的东西）的宇宙计算机模拟相一致。
　　这项新的研究是由一个国际天文学家团队进行的，2016年，专家对韦尔兰德的想法进行了第一次测试；这一次，韦尔兰德本人也加入了研究团队。
　　到目前为止，暗物质从未被直接观测到，因此才被称为暗物质。
　　天文学家在夜空中观察到的是潜在存在的物质的结果：如星光的弯曲，比预期更快的恒星移动，甚至是对整个星系运动的影响。
　　毫无疑问，所有这些影响都是由引力引起的，但问题是：我们是否真正观察到由不可见物质引起的额外引力，还是引力定律本身就是我们还没有完全理解的东西？
　　为了回答这个问题，新的研究采用了与2016年原始测试中使用的类似方法。
　　研究人员利用了十年前开始的一系列持续的摄影测量：在观测中，专家们测量了来自遥远星系的星光在到达观测望远镜的途中是如何被重力弯曲的。
　　在2016年，这种透镜效应的测量只覆盖了夜空中大约180平方度的区域。
　　直到现在，这一范围已经扩大到大约1000平方度--使研究人员能够测量大约一百万个不同星系中的重力分布。
　　研究人员选择了超过25.9万个孤立的星系，他们能够为这些星系测量所谓的径向加速度（RAR）。
　　这个RAR比较了基于星系中可见物质的预期重力量和实际存在的重力量--换句话说：结果显示除了正常物质引起的重力外，还有多少额外的重力。
　　直到现在，额外引力的数量只能通过观察恒星的运动在星系的外部区域来确定，以及通过测量冷气体的旋转速度在一个大约大五倍的区域来确定。
　　利用引力的透镜效应，研究人员现在能够在小一百倍的引力强度下确定RAR，使他们能够更深入地渗透到各个星系之外的区域。
　　这使得研究人员能够极其精确地测量额外的引力--但是这种引力是不可见的暗物质的结果，还是我们需要提高对引力本身的理解？
　　研究人员表示，（暗物质是真实的假设）至少有一部分似乎是有效的。
　　在研究中，测量结果与四种不同的理论实验进行了比较：两种实验假设暗物质是存在的，并构成了我们宇宙的计算机模拟的基础，还有两种实验修改了引力定律埃里克‧韦尔兰德的涌现引力和所谓的修正的牛顿动力学。
　　其中，两个暗物质实验中的一个，名MICE，做出的预测与我们的测量结果非常吻合。
　　让我们感到惊讶的是，另一个模拟BAHAMAS，导致了非常不同的预测。
　　此外，我们预计，如果有差异出现，BAHAMAS将表现得最好。
　　BAHAMAS是一个比MICE更详细的实验，更接近我们目前对星系如何在有暗物质的宇宙中形成的理解。
　　尽管如此，如果我们将MICE的预测与我们的测量结果进行比较，它的表现同样很好。
　　在未来，根据我们的发现，我们希望进一步研究是什么导致了实验之间的差异。
　　这样看来，至少有一个暗物质实验似乎确实可行。
　　然而，引力的替代实验也预测了测量的径向加速度。
　　那么我们如何找出哪个实验是正确的？
　　研究人员表示，根据我们的测试，我们最初的结论是，两个备选的重力实验和实验MICE与观测结果相当匹配。
　　然而，最激动人心的部分还在后面：我们可以将25.9万个星系分为几种类型--相对年轻的蓝色螺旋星系与相对古老的红色椭圆星系。
　　这两种类型的星系产生的方式非常不同：红色椭圆星系是在不同的星系相互作用时形成的。
　　例如，当两个蓝色螺旋星系紧密地经过对方时，或者发生碰撞。
　　因此，在暗物质的粒子理论中的期望是，不同类型的星系中的常规物质和暗物质的比例可以有所不同。
　　另一方面，诸如Verlinde实验和MOND等实验并没有利用暗物质粒子，因此预测两类星系中预期的重力和测量的重力之间有一个固定的比例--也就是说，与它们的类型无关。
　　我们发现这两种类型的星系的径向加速度有很大的不同。这将是对暗物质作为一种粒子存在的强烈暗示。
　　然而，有一个注意点：气体。
　　许多星系可能被弥漫的热气云所包围，这是很难观察到的。
　　如果年轻的蓝色螺旋星系周围几乎没有任何气体，而古老的红色椭圆星系却生活在大量的气体云中--与恒星本身的质量大致相同--那么这就可以解释这两种类型的径向加速度的差异。
　　为了对测量的差异作出最终判断，我们还需要测量弥散气体的数量，而这正是使用KiDS望远镜所不能做到的。
　　对一小群大约一百个星系进行了其他测量，这些测量确实发现椭圆星系周围有更多的气体，但是目前还不清楚这些测量对目前研究中的25.9万个星系有多大的代表性。
　　如果结果是额外的气体不能解释两种类型星系之间的差异，那么测量结果从暗物质粒子的角度来看比从其他引力实验的角度来看更容易理解。
　　但即使如此，事情也还没有解决。
　　因此，即使在新的测量结果出来后，暗物质和替代引力理论之间的争议也还没有解决。
　　新的结果仍然是向前迈出的一大步：如果测量到的两类星系之间的引力差异是正确的，那么最终的理论，不管是哪一个，都必须足够精确，以解释这种差异。
　　这尤其意味着许多现有的理论可以被抛弃，也就大大缩小了可能的解释范围。
　　除此之外，新的研究表明，对星系周围的热气进行系统测量是必要的。
　　天文学家表示，我们能够更精确地测量星系周围的额外重力，而不是测量可见物质的数量。
　　反直觉的结论是，我们必须首先测量星系周围热气形式的普通物质的存在，然后未来的新型望远镜，如欧几里德或能带领我们更进一步了解暗物质。