圖片來源：NASA
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撰文｜黛安娜·斯蒂爾（Diana Steele）
翻譯｜陳子鵬
審校｜王昱
早期宇宙中星系形成的標準模型預測，韋布空間望遠鏡（JWST）將會觀測到來自宇宙早期小星系的微弱訊號。但這個流行的假說表明，看不見的暗物質會為宇宙極早期的恆星與星系凝聚提供助力，但最新的觀測資料卻沒有印證這個假說。
反之，凱斯西儲大學2024年11月12日發表在《天體物理學期刊》（The Astrophysical Journal）上的一項新研究表明，最古老的星系巨大而明亮，這與另一種引力理論相符。這一結果挑戰了天文學家對早期宇宙的理解。
凱斯西儲大學天體物理學家斯泰西·麥克高夫（Stacy McGaugh）曾撰論文描述早期宇宙結構的形成，他說：“我們看到的早期宇宙並非是暗物質理論預測的那種。”
凱斯西儲大學天文學教授、主任麥克高夫表示，發揮作用的可能是修正後的引力，而不是暗物質。修正牛頓力學理論（Modified Newtonian Dynamics，以下簡稱MOND）於1988年預測，早期宇宙中結構形成會非常迅速，遠快於冷暗物質理論（lambda-CDM，以下簡稱ΛCDM）的預測。
JWST專案旨在回答關乎宇宙始源的宏大問題，比如恆星和星系是在何時以何種方式形成的。在它於2021年聖誕節發射之前，還沒有望遠鏡能看到宇宙深處的遙遠過去。
ΛCDM理論預測，由於暗物質的質量提供額外引力，星系是由物質逐漸吸積成從小到大的結構最終而形成的。
麥克高夫說：“天文學家創造了暗物質的概念，來解釋均勻的早期宇宙是如何演化到如今我們所見的一個個星系及其之間的大片空白的。”
小的碎片聚合成越來越大的結構，直到星系形成。依據ΛCDM理論，JWST應該能夠觀測到這些小星系發射出的昏暗光線。
他說：“我們的期望是，鄰近宇宙中每個大星系都是從這些小碎片開始演化形成的。”
但即使隨著紅移增大，追溯到宇宙演化的更早時刻，光線依舊比預期的更強、更亮。
MOND理論預測，形成星系的質量會迅速形成，最初會隨著宇宙整體向外膨脹。更強的引力作用會減緩膨脹，隨後逆轉之，其中的物質會自行坍縮形成星系。在這一理論中暗物質根本不存在。
麥克高夫說，MOND理論在四分之一個世紀前預測了JWST觀測到的早期宇宙中巨大而明亮的結構。他與前凱斯西儲大學博士後兼研究員費德里科·勒利（Federico Lelli，現就職於義大利INAF-Arcetri天文臺）、前研究生傑伊·弗蘭克（Jay Franck）共同撰寫了這篇論文。第四位合著者是俄勒岡大學的詹姆斯·朔姆貝爾（James Schombert）。
麥克高夫說：“下面這番話別說我沒提醒過你。我從小就覺得這樣說很不禮貌，但這就是科學方法的本質：猜，然後驗證哪些猜對了。”不過他也補充道，想找到一個與MOND理論和廣義相對論相容的理論仍是巨大的挑戰。
原文連結：
https://www.eurekalert.org/news-releases/1063555
論文連結：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad834d
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