四川
探索宇宙奧秘 · 理性思考
宇宙中最重的天體可能不是你想的那樣。
2026年2月，波恩大學(xué)領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)宣布，那些由數(shù)千星系組成的巨大城市——星系團(tuán)，其實(shí)比人類此前認(rèn)知重整整一倍。這多出來(lái)的一半質(zhì)量，并非來(lái)自神秘的暗物質(zhì)，而是藏在那些早已死亡的恒星殘骸里。這一發(fā)現(xiàn)不僅改寫了宇宙質(zhì)量賬本，更可能動(dòng)搖暗物質(zhì)理論的根基。
星系團(tuán)是宇宙中最大的引力束縛結(jié)構(gòu)。它們像巨大的宇宙大都會(huì)，包含著成百上千個(gè)星系，每個(gè)星系又擁有數(shù)千億顆恒星。
波恩大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用了新算法。他們使用積分星系初始質(zhì)量函數(shù)（IGIMF）理論，重新計(jì)算了星系團(tuán)中真實(shí)的恒星種群分布。結(jié)果令人震驚：星系團(tuán)的總質(zhì)量約為原先估計(jì)的兩倍。那些"缺失"的質(zhì)量其實(shí)一直都在，只是藏在了我們看不見的地方。
多出來(lái)的質(zhì)量去了哪里？答案指向恒星的墳?zāi)埂?/strong>
大質(zhì)量恒星死亡后會(huì)坍縮成中子星或恒星級(jí)黑洞。這些天體不發(fā)光，難以直接觀測(cè)，但質(zhì)量極大。一個(gè)中子星的質(zhì)量相當(dāng)于1.4個(gè)太陽(yáng)，而一個(gè)恒星級(jí)黑洞輕松超過(guò)十個(gè)太陽(yáng)。
傳統(tǒng)模型低估了這些殘骸的積累。IGIMF理論考慮了星系內(nèi)部恒星形成的具體環(huán)境，發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量恒星的比例和演化產(chǎn)物被系統(tǒng)性地忽略了。當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)把所有中子星和恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量加總，不僅填上了質(zhì)量缺口，還完美解釋了觀測(cè)到的重元素豐度——這些元素正是大質(zhì)量恒星核合成后拋射到星際空間的。
這意味著，星系團(tuán)的質(zhì)量主角不是活的恒星，而是死的恒星。
這一發(fā)現(xiàn)拋出了更深層的問(wèn)題：我們還需要那么多暗物質(zhì)嗎？
1933年，茲威基首次發(fā)現(xiàn)星系團(tuán)質(zhì)量缺失，由此提出暗物質(zhì)概念。此后半個(gè)世紀(jì)，薇拉·魯賓通過(guò)星系旋轉(zhuǎn)曲線證實(shí)了大尺度上的質(zhì)量異常。2006年，子彈星系團(tuán)的引力透鏡觀測(cè)似乎給暗物質(zhì)蓋上了棺材釘——質(zhì)量分布與可見物質(zhì)明顯分離，證明存在不可見的引力源。
但暗物質(zhì)始終未被直接探測(cè)到。1983年，米爾格羅姆提出修正牛頓動(dòng)力學(xué)（MOND），認(rèn)為在極低加速度下，牛頓引力定律需要修正，從而無(wú)需引入暗物質(zhì)即可解釋星系旋轉(zhuǎn)曲線。
波恩團(tuán)隊(duì)的新質(zhì)量數(shù)據(jù)與MOND理論的預(yù)測(cè)高度吻合。相反，如果堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)牛頓引力，所需的暗物質(zhì)量必須減半。這給了MOND派一記強(qiáng)力支撐，也讓持續(xù)近百年的引力理論之爭(zhēng)再起波瀾。
2024年，中國(guó)空間站巡天望遠(yuǎn)鏡（CSST）即將升空，其無(wú)與倫比的深場(chǎng)觀測(cè)能力將直接測(cè)量更多星系團(tuán)的引力透鏡效應(yīng)。結(jié)合中國(guó)天眼（FAST）對(duì)脈沖星（即高速旋轉(zhuǎn)的中子星）的精確測(cè)距，中國(guó)有望在這一"稱重宇宙"的競(jìng)賽中提供決定性數(shù)據(jù)。
這項(xiàng)研究提醒我們，宇宙賬本遠(yuǎn)未結(jié)算。當(dāng)我們的望遠(yuǎn)鏡看得越細(xì)，那些隱藏在死亡恒星中的質(zhì)量就越發(fā)清晰。或許，解開暗物質(zhì)謎題的鑰匙，一直就握在這些恒星殘骸手中。
Dong Zhang et al., Revisiting the missing mass problem in MOND for nearby galaxy clusters, Physical Review D (2026). DOI: 10.1103/mp3f-q5dc. arXiv: 10.48550/arxiv.2602.06082.
University of Bonn. "Stellar remnants may solve mystery of missing mass in galaxy clusters." Phys.org, 9 February 2026.
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