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國際

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡挑戰暗物質理論：宇宙形成另有解釋？

明日科學

更新於 4小時前 • 發布於 4小時前 • 高 詩豪

暗物質長期被認為是早期星系形成的關鍵，但詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）的新觀測結果卻讓這個理論面臨重大挑戰。根據美國凱斯西儲大學的最新研究，宇宙早期的星系並不如暗物質理論預測般微小且黯淡，而是又大又亮！這與另一套名為「修正牛頓動力學（Modified Newtonian Dynamics，MOND）」的引力理論相符，該研究已於11月12日發表在《天體物理學期刊》。

挑戰暗物質的標準模型

暗物質理論（λ-CDM，lambda-CDM）認為，在宇宙初期，暗物質額外的引力促使微小結構逐步聚集，形成今天的巨大星系。按理說，JWST應該能看到這些微弱的小星系先驅。然而，觀測數據卻顯示，這些早期星系比預期明亮且巨大，似乎形成速度遠快於標準模型的預測。

凱斯西儲大學的天文學家麥高（Stacy McGaugh）表示，MOND理論早在1998年就預測，星系結構的形成是快速且直接的，無需暗物質的參與。MOND認為，星系的質量在早期迅速聚集，先隨宇宙膨脹，然後受更強的引力牽制，反向塌縮成星系。

MOND與JWST觀測吻合

圖片展示了模擬中一個星系如何在宇宙歷史中逐步形成的過程： 左圖（合併樹）：從早期小光暈（底部）開始，這些結構逐漸合併，形成現代類星系（左上）。符號大小代表光暈質量，顏色顯示恆星形成的活躍程度（藍色=活躍，紅色=停滯）。 右圖（質量增長）：顯示主要祖先的恆星質量增長，鋸齒線表示這個模擬星系的歷史，虛線和陰影區域代表典型星系的範圍。 比較模型：紫線代表另一種「單次快速形成」模型，顯示與模擬結果的差異。這強調星系的成長更像拼湊完成的大拼圖，而非一氣呵成！（圖／《天體物理學期刊》）
圖片展示了模擬中一個星系如何在宇宙歷史中逐步形成的過程： 左圖（合併樹）：從早期小光暈（底部）開始，這些結構逐漸合併，形成現代類星系（左上）。符號大小代表光暈質量，顏色顯示恆星形成的活躍程度（藍色=活躍，紅色=停滯）。 右圖（質量增長）：顯示主要祖先的恆星質量增長，鋸齒線表示這個模擬星系的歷史，虛線和陰影區域代表典型星系的範圍。 比較模型：紫線代表另一種「單次快速形成」模型，顯示與模擬結果的差異。這強調星系的成長更像拼湊完成的大拼圖，而非一氣呵成！（圖／《天體物理學期刊》）

JWST觀測到的結果，讓MOND支持者如麥高頗感振奮。他直言：「這正是MOND理論25年前所預測的。」相較之下，暗物質模型的逐步累積方式，無法解釋這些大而亮的星系是如何在宇宙形成早期出現的。

那麼，暗物質理論該下台嗎？

暗物質曾是解釋宇宙從平滑狀態發展為現在星系間廣闊空間的重要假設。但如果JWST的觀測結果進一步支持MOND，那麼暗物質的角色將被重新審視。然而，麥高也坦承，目前仍未能找到能同時兼容MOND與廣義相對論的理論。

科學的核心是提出預測並驗證其正確性。JWST的新發現，不僅挑戰了我們對宇宙起源的理解，還可能迫使科學界重新考慮暗物質的必要性。對於天文學家來說，宇宙似乎比想像中更加複雜，而這正是探索宇宙的魅力所在！

該研究已於11月12日發表在《天體物理學期刊》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源：NASA(CC BY 4.0)

圖片來源：The Astrophysical Journal (CC BY 4.0)

參考論文：
Accelerated Structure Formation: The Early Emergence of Massive Galaxies and Clusters of GalaxiesThe Astrophysical Journal

延伸閱讀：
1、韋伯望遠鏡發現早期宇宙奇特星系，解開恆星演化「失落環節」

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