观察到比理论允许的更多的盘状星系

宇宙学标准模型根据大多数物理学家的观点描述了宇宙是如何形成的。波恩大学的研究人员现在已经在这个模型中研究了星系的演化，发现与实际观测结果存在相当大的差异。苏格兰的圣安德鲁斯大学和捷克共和国的查尔斯大学也参与了这项研究。结果现已发表在《天体物理学杂志》上。

从地球上可见的大多数星系都类似于一个中心加厚的扁平圆盘。因此，它们类似于掷铁饼者的运动器材。然而，根据宇宙学标准模型，这样的圆盘应该很少形成。这是因为在模型中，每个星系都被暗物质晕圈所包围。这个光环是看不见的，但由于它的质量，它会对附近的星系产生强大的引力。“这就是为什么我们在模型宇宙中不断看到星系相互合并的原因，”波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的 Pavel Kroupa 教授解释说。

这次撞击有两个影响，物理学家解释说：“首先，星系在这个过程中穿透，破坏了圆盘的形状。其次，它降低了合并产生的新星系的角动量。” 简而言之，这大大降低了它的转速。旋转运动通常确保在此过程中作用的离心力导致形成新的圆盘。但是，如果角动量太小，根本不会形成新的圆盘。

预测与现实差距很大

在目前的研究中，Kroupa 的博士生 Moritz Haslbauer 带领一个国际研究小组使用最新的超级计算机模拟来研究宇宙的演化。计算基于宇宙学标准模型;它们显示了如果这个理论是正确的，那么到今天应该已经形成了哪些星系。然后，研究人员将他们的结果与目前可能是地球上可见的真实宇宙最准确的观测数据进行了比较。

“在这里，我们遇到了预测与现实之间的显着差异，”哈斯鲍尔说：“显然，平盘星系的数量比理论所能解释的要多得多。” 然而，即使在当今的超级计算机上，模拟的分辨率也是有限的。因此，可能在宇宙学标准模型中形成的盘状星系的数量被低估了。“然而，即使我们考虑到这种影响，理论和观察之间仍然存在无法弥补的严重差异”，Haslbauer 指出。

对于标准模型的替代方案，情况有所不同，它省去了暗物质。根据所谓的 MOND 理论(缩写为“MilgrOmiaN Dynamics”)，星系不是通过相互合并而生长的，而是由旋转的气体云越来越凝聚形成的。在 MOND 宇宙中，星系也通过吸收周围的气体而生长。然而，在 MOND 中，成熟星系的合并很少见。“我们在波恩和布拉格的研究小组独特地开发了在这种替代理论中进行计算的方法，”Kroupa 说，他也是波恩大学“建模”和“物质”跨学科研究单位的成员。“MOND 的预测与我们实际看到的一致。”

标准模型的挑战

然而，星系增长的确切机制尚未完全了解，即使是 MOND。此外，在 MOND 中，牛顿万有引力定律在某些情况下不适用，但需要用正确的定律代替。这将对物理学的其他领域产生深远的影响。“尽管如此，MOND 理论解决了所有已知的河外宇宙学问题，尽管最初只是为了解决星系问题，”参与这项研究的 Indranil Banik 博士说。“我们的研究证明，今天的年轻物理学家仍然有机会为基础物理学做出重大贡献，”克鲁帕补充道。

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