超出人們理解的奇妙暗物質(zhì)和暗能量在宇宙構(gòu)成中占據(jù)了絕對(duì)比重，宇宙在過(guò)去的幾十億年處于大膨脹的過(guò)程中。過(guò)去的30年，大多數(shù)宇宙學(xué)家試圖以“標(biāo)準(zhǔn)模型理論”回答宇宙的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，他們?cè)谟钪嫘纬傻哪M和匹配的觀測(cè)數(shù)據(jù)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步和很大的成功，但是，有些天體現(xiàn)象不符合標(biāo)準(zhǔn)模型理論的預(yù)測(cè)，所有的差異最終回到對(duì)觀測(cè)事實(shí)的解釋?zhuān)蛑匦滤伎几鼮榛A(chǔ)的問(wèn)題。在2015年的7月7日舉行的一次天文大會(huì)(NAM)的特別會(huì)議上，天文學(xué)家討論熱烈，發(fā)言積極，各種觀測(cè)證據(jù)激發(fā)了天文學(xué)家對(duì)超越標(biāo)準(zhǔn)模型宇宙學(xué)思考的熱情。

對(duì)額外的、“神出鬼沒(méi)”的暗物質(zhì)粒子而言，科學(xué)家普遍認(rèn)可的候選對(duì)象是所謂的冷暗物質(zhì)(CDM)，它的運(yùn)動(dòng)速度比光速緩慢得多，冷暗物質(zhì)和電磁輻射產(chǎn)生微弱的相互作用，天文學(xué)家和物理學(xué)家未能探測(cè)到它們。英國(guó)杜蘭大學(xué)計(jì)算機(jī)宇宙學(xué)研究所(ICC)的研究員索納克·博斯在NAM 2015的講壇發(fā)布了新的預(yù)測(cè)，作為暗物質(zhì)粒子對(duì)象之一的惰性中微子在最近的探測(cè)中似乎得到了某種證實(shí)。惰性中微子比普通中微子顯得冷談，惰性十足，它們和普通物質(zhì)粒子發(fā)生微弱的引力作用。

惰性中微子和其它冷暗物質(zhì)（CDM）粒子存在根本的不同，惰性中微子在宇宙大爆炸時(shí)刻比CDM的運(yùn)動(dòng)速度更高，它們從誕生之地隨機(jī)地向外飛馳，小規(guī)模結(jié)構(gòu)體的豐度值隨之減少。通過(guò)建立宇宙從起點(diǎn)開(kāi)始的演化模型，科學(xué)家尋找宇宙目前物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分布狀態(tài)，從諸如矮星系的結(jié)構(gòu)檢測(cè)出惰性中微子和冷暗物質(zhì)（CDM）中一種與觀測(cè)結(jié)果相符。

兩個(gè)獨(dú)立的科學(xué)團(tuán)體去年探測(cè)了一種未有解釋的在X—射線(xiàn)波段的發(fā)射譜線(xiàn)，他們使用了錢(qián)德拉太空望遠(yuǎn)鏡和XMM—牛頓X—射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了星系的集群，譜線(xiàn)能量符合理論的預(yù)測(cè)，惰性中微子將在宇宙的生命周期發(fā)生衰變。博斯和杜蘭大學(xué)的同事使用一種復(fù)雜的星系形成模型檢測(cè)惰性中微子是否與觀測(cè)的數(shù)據(jù)相符合，以確定暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)。復(fù)雜的模型顯示，惰性中微子的預(yù)期與觀測(cè)數(shù)據(jù)廣泛適配，它們也許能夠通過(guò)過(guò)目前有關(guān)暗物質(zhì)天體物理學(xué)的檢驗(yàn)，這可能是惰性中微子存在的第一個(gè)證據(jù)，令人激動(dòng)的好消息使得博斯和他的同事進(jìn)一步研究惰性中微子如何在星系中存在和它們的暗物質(zhì)性質(zhì)。

不是每一位天體物理學(xué)家都相信，額外的暗物質(zhì)是解釋天文觀測(cè)結(jié)果時(shí)必須考慮的因素，英莊尼爾·班尼克和圣安德魯斯大學(xué)的同事相信，也許存在引力理論的改進(jìn)版本，以避免考慮暗物質(zhì)的因素，他們構(gòu)建了細(xì)節(jié)性的物理模型，以此預(yù)測(cè)了本星系團(tuán)的星系速度，銀河系和鄰近仙女座星系的質(zhì)量決定了這些星系的運(yùn)行速度。我們的宇宙在大尺度上發(fā)生了膨脹，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系退行的速度越快，但是，星系退行速度與星系距離成正比的規(guī)律在本星系團(tuán)的尺度上變得十分模糊，以牛頓引力理論為基礎(chǔ)構(gòu)建的模型不能很好地符合天文觀測(cè)的結(jié)果，本星系團(tuán)的一些星系向外退行的速度十分迅速，銀河系和仙女座星系的質(zhì)量似乎未能對(duì)它們施加引力的影響。

圣安德魯大學(xué)的科學(xué)小組指出，似乎異常地快速移動(dòng)的星系可用引力推進(jìn)原理進(jìn)行解釋?zhuān)诖蠹s90億年前，在銀河系和仙女座星系發(fā)生了近距離的相遇，兩個(gè)星系“擦肩而過(guò)”，彼此穿行，運(yùn)行速度大約為每秒370英里、或每秒600公里，奇妙的引力反應(yīng)被天體物理學(xué)稱(chēng)之為“彈弓效應(yīng)”，銀河系和仙女座星系施加的引力效應(yīng)加速了本星系團(tuán)其它星系的移動(dòng)。為了讓宇宙飛船抵達(dá)太陽(yáng)系的外側(cè)行星，科學(xué)家使用了運(yùn)動(dòng)加速器的“彈弓技巧”。

在銀河系和仙女座星系的大天體情形中，受到在周?chē)苿?dòng)的矮星系的引力影響，它們的移動(dòng)速度出現(xiàn)輕微的下降，相反，質(zhì)量輕得多的矮星系的移動(dòng)速度得到了很大提升。“彈弓效應(yīng)”符合他們的觀測(cè)結(jié)果，卻與牛頓引力理論的預(yù)測(cè)不符，牛頓的引力理論似乎不能預(yù)測(cè)當(dāng)銀河系和仙女座星系近距離相遇時(shí)形成的引力強(qiáng)度，似乎需要改進(jìn)版的引力理論，以符合星系觀測(cè)中引力不斷增加的證據(jù)。

暗能量是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題，通過(guò)測(cè)量Ia類(lèi)超新星獲得了第一類(lèi)暗能量存在的證據(jù)，暗能量場(chǎng)的作用被認(rèn)為引起了宇宙的加速膨脹。Ia類(lèi)超新星成為天文學(xué)家測(cè)量天體距離的“宇宙燈塔”。然而，不斷增加的觀測(cè)證據(jù)顯示，Ia類(lèi)超新星似乎不是最理想的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。當(dāng)白矮星獲得了超過(guò)臨界性的質(zhì)量時(shí)發(fā)生了超新星暴，它看起來(lái)好像一顆恒星發(fā)生了猛烈的爆炸。天文學(xué)家對(duì)Ia類(lèi)超新星亮度的精確觀測(cè)與它們所在主星系的環(huán)境有關(guān)，希瑟·坎貝爾和他的劍橋大學(xué)同事應(yīng)用了大量超新星和主星系的樣本，以確定主星系和超新星亮度的相互關(guān)系。

如果天文學(xué)家期望對(duì)暗能量作出可能性的精確測(cè)量，那么關(guān)鍵的選項(xiàng)在于如何理解主星系的特征，更大質(zhì)量的主星系通常擁有更微弱光度的超新星。如果不將星系特征適當(dāng)?shù)丶右钥紤]，那么科學(xué)家對(duì)宇宙暗能量的數(shù)量將考慮不足。未來(lái)的諸如LSST望遠(yuǎn)鏡和歐幾里得太空使命對(duì)星系特征和暗能量的探索顯得至關(guān)重要，天文學(xué)家試圖對(duì)宇宙的膨脹速度進(jìn)行精確測(cè)量。最近幾年，宇宙學(xué)取得了巨大進(jìn)步，然而，許多問(wèn)題依舊存在，甚至未能“浮出水面”。世界性的天文學(xué)大會(huì)提供了交流機(jī)會(huì)，現(xiàn)有的理論與前沿的天文觀測(cè)存在差異，解釋和修補(bǔ)兩者的差異推動(dòng)了天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展，嘗試對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型未能解釋的物理現(xiàn)象進(jìn)行解釋?zhuān)@將產(chǎn)生新物理學(xué)的契機(jī)。

（編譯：2015-7-9）