最近，刚上映的电影《银河护卫队2》中几只蠢萌天团成员圈粉无数，小编尤其喜欢萌得让人不能自已的Baby Groot！除了在漫威里叱咤风云的这几位银河拯救者，你知道宇宙中其实真的存在守护星系的超级英雄吗？

在争夺超级英雄这一称号时，有两位候选者进行了一场正面交锋。

上个世纪，当天文学家观测星系的运动时，他们意外的发现，星系转的太快了！如果仅仅用星系内部所包含的可见物质计算，那么它们早就应该分崩离析。简单的说，银河系就不会存在。

为了解释是什么样的神秘力量在维护着星系的和平，科学家提出了两种可能性。

一种是暗物质，它能够产生引力作用，从而帮助将星系聚集在一起而不至于被撕碎。当然，如果你问暗物质究竟是什么，没有人知道，但科学家提出了许多种可能性。然而，暗物质并不是唯一的选择。1981年，Moti Milgrom提出了“修正牛顿引力理论”（MoND），他发现如果我们将牛顿引力中的加速度稍微改变一点点，就可以解释这些星系的自转速度。这样的修正可以解释所有的星系自转，从最小的到最大的，而且至今都跟观测符合的相当好。

△ 围绕着银河系的暗物质晕（Dark Matter Halo），提供了额外的引力来源。（图片来源：ESA）

然而，在过去暗物质一直更加备受青睐，因为它能够解释一系列现象，比如大尺度星系团以及螺旋星系内的气体和尘埃运动等。而MoND虽然能够非常好的解释星系的自转问题，但是它所能做非常局限。或许MoND本身就不是一个完整的理论，它只是完整理论中的一部分，解释了其中一个现象。这样的想法有很多追随者，很多人都在研究MoND的延伸理论，但目前并没有一个理论能够脱引而出。

但是，只要科学家没有在探测器中发现暗物质的踪迹，对引力进行修正都将是强有力的竞争者。而且，去年的时候，科学家发现星系的自转似乎和可见物质的分布存在着相关性。这使暗物质受到了挑战，而MoND模型却得到了复兴。

然而在一个最新的研究中[1]，科学家利用计算机模拟，不仅考虑了星系中的恒星和暗物质，也包括了星际气体。在模拟星系的形成和演化中，他们同样发现了物质的分布和它们的自转之间的相关性。同时，他们也发现了，在他们的模型中的星系的质量、大小和光度之间的关系，跟观测的相符。因此暗物质在解释星系的自转动力学中，跟MoND表现的同样出色。

△ 哈勃太空望远镜的阿贝尔370星系团“前沿领域”图像。（图片来源：NASA, ESA, and J. Lotz and the HFF Team）

当然，或许你会说这只是计算机模拟出来的结果。但是，就在前几天，哈勃太空望远镜发布几张全新的图片。这些图片不仅显示了宇宙中的星系要比我们想象中的多的多，同时也暗示着或许有更多的暗物质存在。

△ 图中显示的被扭曲的星系其实是一个距离两倍于阿贝尔370远的一个星系的两个图像；这是引力透镜的一个结果。（图片来源：NASA, ESA, and J. Lotz and the HFF Team）

在距离地球60亿光年外有一个巨大的星系团，名为阿贝尔370。在上面的这张图片中可以清晰地看到一条明亮光弧。这条光弧并非是星系团中一个被拉伸的星系，而是一个距离两倍于阿贝尔370的一个星系的两个图像。

△ 根据广义相对论，质量会弯曲它周围的空间，当光线经过时就会被弯曲，就好像是通过透镜一样。引力透镜是爱因斯坦的引力理论中一个重要的预言。整个系统包括：观测者（Earth）、前景星系（Foreground galaxy）和遥远的背景星系（Distant galaxy）。（图片来源：Herschel ATLAS Gravitational Lenses）

这个现象被称作引力透镜，它会将星系拉伸成条纹和弧形，并放大他们，形成多个图像。然而，引力透镜最神奇的作用是帮助我们重建星系团的物质分布。科学家发现，星系团大部分的质量都来自暗物质，才能够解释观测到的引力效应。

△ 尽管在图中我们看到了许多巨大、椭圆的星系，但是物质密度最大的位置（图中的虚线圆），无法对应于任何由已知普通物质构成的巨大星系或结构。目前唯一的解释就是存在不可见的物质来源：暗物质。（图片来源：NASA, ESA/Hubble, HST Frontier Fields / E. Siegel）

当然，这并没能够完全排除MoND的可能性。因为在真正探测到暗物质前，谁也无法确定守护星系的超级英雄就是暗物质。

参考文献：

【1】Aaron D. Ludlow, et al. Mass-Discrepancy Acceleration Relation: A Natural Outcome of Galaxy Formation in Cold Dark Matter Halos. PRL 118, 161103 DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.161103 (2017)