模拟无暗物质的银河形成

 
模拟开始后的15亿年。颜色越浅，气体密度越高。淡蓝色的点显示年轻的星星。图片来源：AG Kroupa / Uni Bonn波恩和斯特拉斯堡大学的研究人员首次模拟了没有暗物质的宇宙中星系的形成。为了在计算机上复制该过程，他们修改了牛顿的重力定律。在计算机计算中创建的星系与我们今天实际看到的相似。根据科学家的说法，他们的假设可以解决现代宇宙学的许多谜团。结果发表在《天体物理学杂志》上。
今天的宇宙学家认为，在大爆炸之后，物质并未完全均匀地分布。由于其强大的引力，更密集的地方从周围吸引了更多的物质。在数十亿年的过程中，这些气体的积累最终形成了我们今天所看到的星系。
该理论的重要组成部分是所谓的暗物质。一方面，据说是造成气体云团聚的初始不均匀分布的原因。它还解释了一些令人费解的观察。例如，旋转星系中的恒星经常运动得如此之快，以至于实际上应该将其弹出。看来银河系中还有另外一个引力源可以阻止这种情况的发生，这是望远镜无法看到的一种“星腻子”：暗物质。
但是，仍然没有直接证明其存在。波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的教授Pavel Kroupa博士和布拉格查尔斯大学的天文研究所的教授说：“也许引力本身的行为与以前所想的不同。”该理论缩写为MOND(修正牛顿动力学)。它是由以色列物理学家Mordehai Milgrom教授发现的。根据该理论，两个群众之间的吸引力仅在一定程度上服从牛顿定律。在极低的加速度下(如星系中的情况)，它变得非常强大。这就是为什么星系不会因旋转速度而破裂的原因。
结果接近现实
“与斯特拉斯堡的Benoit Famaey博士合作，我们现在首次模拟了在MOND宇宙中是否会形成星系，如果是的话，会模拟出哪些星系，” Kroupa的博士生Nils Wittenburg说。为此，他使用了Kroupa小组开发的用于复杂重力计算的计算机程序。因为使用MOND，物体的吸引力不仅取决于自身的质量，还取决于其他物体是否在其附近。
然后，科学家使用该软件来模拟恒星和星系的形成，这些恒星和星系从大爆炸后数十万年的气体云开始。 Kroupa解释说：“在许多方面，我们的结果都非常接近我们用望远镜实际观察到的结果。”例如，计算机生成的星系中恒星的分布和速度遵循在夜空中可以看到的相同模式。科学家说：“此外，我们的模拟结果主要是形成了旋转盘状星系，如银河系以及几乎所有其他已知的大星系。” “另一方面，暗物质模拟主要是在没有明显物质盘的情况下创建了星系，这与难以解释的观测结果存在差异。”
基于暗物质存在的计算对某些参数的变化也非常敏感，例如超新星的频率及其对星系中物质分布的影响。但是，在MOND模拟中，这些因素几乎没有作用。
然而，波恩，布拉格和斯特拉斯堡最近发表的结果并非在所有方面都与现实相符。 “我们的模拟只是第一步，” Kroupa强调。例如，迄今为止，科学家们仅对物质的原始分布和年轻宇宙中的条件做出了非常简单的假设。 “我们现在必须重复计算，并包括更复杂的影响因素。然后，我们将看看MOND理论是否能真正解释现实。”