子弹星系团新研究挑战暗物质存在
特色图片： [子弹星系团的合成图像，显示X射线气体呈粉红色，引力透镜质量呈蓝色；图片来源：NASA/CXC/STScI/ESO]
波恩大学领导的一项新研究重新开启了现代宇宙学中最具争议的辩论之一：暗物质是否真实存在。利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的最新观测数据，研究团队认为，著名的子弹星系团——长期以来被视为暗物质最强观测证据——可以在完全不提及这种难以捉摸的物质的情况下得到解释。
子弹星系团是两个星系团在大约37亿光年外发生的一次巨大碰撞，自被发现以来一直是暗物质假说的基石。观测表明，碰撞产生的高温X射线气体落后于星系团的星系，而总质量的衡量指标——引力透镜信号——则与星系而非气体同步。这种分离被解释为证据，表明不可见、无碰撞的暗物质晕包围着星系并径直穿过碰撞区域，而气体则因摩擦而减速。
发表于7月1日《物理评论D》上的这项新研究对这一解释提出了挑战。
研究发现
由波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的张东领导的研究团队利用新的JWST测光数据，重新估算了子弹星系团核心三个最亮星系团星系的总重子质量。关键的是，他们应用了星系全局初始质量函数（IGIMF）理论，该理论预测早型星系含有更高比例的大质量恒星，这些恒星此后已坍缩成不可见的恒星残骸——中子星和黑洞。
这些残骸产生的引力与通常归因于暗物质的引力相同，但它们由普通重子物质构成。通过考虑这些残骸，研究团队发现，观测到的引力透镜效应仅用修正牛顿动力学（MOND）即可解释，无需暗物质。
张东表示：”子弹星系团实际上与MOND情景特别吻合。”
对标准模型的影响
即使在标准暗物质范式内，该研究也表明，子弹星系团中推断出的暗物质含量需要减少大约一半。波恩大学和布拉格查理大学的合著者帕维尔·克鲁帕指出：”即使在假设暗物质存在的标准模型中，其假定的数量也必须大幅减少——大约减少一半。”
该论文的摘要指出：”独立于MOND的有效性，关于暗物质模型现在出现了一个新兴观点：为了解释观测结果，它们似乎需要的暗物质比先前预期的要少。”
争议持续
子弹星系团长期以来一直被认为是MOND面临的最大挑战。MOND由莫德海·米尔格罗姆约40年前提出，通过修改低加速度下的引力来替代暗物质。批评者认为，子弹星系团的透镜质量与其X射线气体之间的偏移无法在没有无碰撞暗物质的情况下得到解释。
波恩大学的研究认为，在MOND的QUMOND表述下，幻影质量出现在加速度较低的区域，集中在点状星系附近而非弥散气体中，自然产生了观测到的偏移。结合不可见恒星残骸的额外质量，星系团核心的强透镜信号得到了完全解释。
作者们承认存在重要的局限性。其模型的物理可行性取决于恒星残骸群的空间分布和动力学行为，而这尚未得到确认。该分析也只聚焦于强透镜作用的中心区域；在弱透镜主导的更大半径上的一致性需要进一步研究。
更广泛的争论仍未解决。MOND在历史上一直难以解释宇宙尺度的现象，包括宇宙微波背景和宇宙的大尺度结构。尽管如此，这项研究表明，长期以来被奉为暗物质证据的子弹星系团并不像先前认为的那样具有决定性。
这篇题为”Baryonic mass budgets in the central regions of the Bullet Cluster and their consistency with strong lensing in MOND”的论文发表于《物理评论D》（DOI：10.1103/6zrp-q7c4），合著者来自朴茨茅斯大学、延世大学、布拉格查理大学及其他机构。
婷 翻译