研究指出：就連暗物質也難逃引力掌控

一項基于星系數據的數學研究表明，難以捉摸的暗物質同樣受引力法則約束。

關于暗物質——亦即據稱構成宇宙約85%質量的"失蹤"物質 —— 我們仍知之甚少。物理學家有充分理由相信其存在。最新研究證實了關于暗物質的一個長期猜想：它會受到引力影響，并可通過引力效應被探測到。

11月3日發表于《自然·通訊》的一篇論文，對星系紅移（即星系遠離我們時其光波波長的變化）進行了詳盡的數學分析。研究數據集結合了暗能量巡天項目前三年的觀測結果以及來自不同光譜巡天項目的22個數據點。研究人員評估了宇宙學數據與引力及歐拉方程（天體物理學家用來解釋廣義相對論效應的一組工具）的吻合程度。

他們發現了有力證據，支持暗物質與宇宙中其他物質一樣遵循引力法則的觀點。同時，他們也發現存在微弱可能性的某種神秘"第五種力" —— 若該力真實存在，或將徹底改變暗物質的探索方向。

時空凹陷

研究中，團隊借助引力勢阱展開分析 —— 這些由大質量天體引力在時空結構中所造成的顯著"凹陷"。他們追蹤了引力波如何引發星系速度變化（具體體現為紅移數據）。

研究合著者、瑞士日內瓦大學物理學家卡米耶·邦萬在新聞稿中解釋："如果暗物質不受第五種力影響，那么主要由暗物質構成的星系將會像普通物質一樣，在純引力作用下墜入這些勢阱。"

但論文指出，若暗物質不受引力約束，星系與引力波的相互作用方式將會出現異常。研究團隊的計算表明，星系運動確實遵循廣義相對論和歐拉方程 —— 這意味著暗物質極大概率同樣受引力支配。

第五種力

研究的另一重點是探討暗物質可能受到某種未知"第五種力"作用的可能性。迄今物理學家已確認自然界的四種基本力 —— 引力、電磁力、強核力與弱核力 —— 它們支配著所有物質的行為。但暗物質是否會有所不同？它是否遵循其他規律運作？

簡而言之，研究團隊的結論是一個微弱的"或許"。論文第一作者、英國樸茨茅斯大學天體物理學家娜斯塔西婭·格里姆在新聞稿中承認，現有結論"尚未能排除未知力存在的可能性"。但她補充道，即使存在這種力，其強度也不可能超過引力的7%，否則早該在觀測中顯現。

論文進一步指出，即便第五種力存在的可能性微乎其微，它"不僅會打破歐拉方程，還會在密度漲落和引力勢的演化過程中留下印記"。從根本上說，第五種力的存在將要求天體物理學家徹底重構現有星系研究體系。

這究竟是噩夢還是奇幻探索的開端，研究人員目前尚難斷言。不過他們預期，借助維拉·魯賓天文臺和暗能量巡天項目的下一輪觀測數據，很快將有機會對此展開更深入的探索。

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