Physics Today

失蹤質量五十年

Jaco de Swart 譯者: 林祉均2025年6月25日30
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1970年代,鐵幕兩邊的科學團隊都假設,一種未知的物質構成了宇宙中大部分的質量。

1974 年發表的兩篇論文改變了我們對宇宙的理解。這兩篇論文來自兩個不同的合作團隊,分別來自美國和愛沙尼亞。兩篇論文都主張,星系的質量和範圍比之前認為的還要大十倍。兩個團隊結合了各種天文觀測數據,藉此論證大部分宇宙的質量隱藏在星系四周的不可見雲團中。他們也指出,整個宇宙的質量比先前以為的重十倍,這可能改變人類對宇宙命運的理解。1999 年《天體物理學期刊》的百年特刊中一篇評論指出,他們的論點標誌著「我們對星系結構、星系形成和宇宙學理解的分水嶺」。[1]這兩篇論文在五十年前提出了我們現在所謂的暗物質。

https://bimonthly.ps-taiwan.org/cms/media/圖片4-1024x683.png愛沙尼亞南部的夜空,銀河在照片中央清晰可見。(圖片來源:Martin Mark, CC BY-SA 4.0)

暗物質在今日不僅是現代宇宙學的基石之一,也是其中的一個核心難題。宇宙中這種無所不在的隱形物質對於理解宇宙結構和演化至關重要:它解釋了星系如何運動以及它們為什麼會存在。但儘管經過數十年的致力研究與實驗,暗物質的確切性質——也就是它確切的組成成分——仍然是未解之謎。目前有幾十個大型國際實驗計畫,包括在地下礦坑和太空站中的實驗,都試圖尋找證據來驗證可能的暗物質理論。1974 年的那兩篇論文為這個重要假設奠定了基礎,並且為人類對宇宙的理解開創了振奮人心的嶄新時代。

本文中我將講述這兩篇論文如何使暗物質變得有意義。這個故事與一般的暗物質歷史有所不同,它們通常聚焦在天文學家弗里茨·茨維基(Fritz Zwicky)和維拉·魯賓(Vera Rubin)所扮演的角色。茨維基在 1930 年代發現星系團中的星系如果沒有額外的質量則會不穩定,而魯賓在 1970 年代觀察到星系的旋轉速度比其可見質量所應有的速度要快。天文學教科書通常引用這些觀察作為暗物質存在的證據。

但事實和觀測結果本身並不構成歷史(參見 Matt Stanley 的文章,《Physics Today》,2016 年 7 月,第 38 頁)。要理解暗物質假設的起源,我們需要了解茨維基、魯賓和其他人先前的觀測是如何被解釋為暗物質存在的證據。它們是在什麼樣的背景下被用來證明宇宙中存在大量看不見的物質?是誰,又為了什麼原因開始關注這一問題?這一切在 50 年前的冷戰鐵幕兩側同時揭開序章。

 

尋找兩個數字

故事的其中一半始於一位多產的年輕天體物理學家,名叫傑瑞米亞·奧斯特里克(Jeremiah Ostriker)。奧斯特里克專攻恆星研究,於 1959 年在哈佛大學獲得物理學和化學學士學位,隨後在芝加哥大學攻讀博士學位,指導教授是著名的恆星天體物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar),他因在恆星天體物理學領域的開創性研究而獲得了 1983 年的諾貝爾物理學獎(參見 Freeman Dyson 的文章,《Physics Today》,2010 年 12 月,第 44 頁)。在錢德拉塞卡的指導下,奧斯特里克開始研究恆星及其旋轉的物理學。他的博士研究致力於證明恆星旋轉的速度有一個上限,超過這個上限恆星將會解體。在劍橋大學短暫工作後,奧斯特里克於 1965 年獲得普林斯頓大學的助理教授職位,並在那裡繼續他深具影響力的恆星物理學研究。[2] 

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年輕的詹姆斯·皮布斯(James Peebles)在一張未標日期的照片中於黑板上講課。(圖片來源:Mitchell Valentine, AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection。)

奧斯特里克的研究領域——恆星的性質和演化——自 1930 年代以來一直主導著天文學研究。然而,到了 1960 年代,這個領域的焦點開始迅速轉移。冷戰時期的科技發展讓天文學家們開始利用各種電磁波段,對宇宙進行全新的觀測。對愛因斯坦廣義相對論的興趣開始重新湧現。投入天文學工作的人力大幅增加,新一代研究者開始觀察到星系尺度以上的全新現象,包括類星體、脈衝星和宇宙微波背景輻射。宇宙學成為年輕天文物理學家的新焦點。[3]

新一代的研究者,包括奧斯特里克,開始與愛德溫·哈伯(Edwin Hubble)的古典宇宙學研究分道揚鑣。1970 年 2 月《Physics Today》的一篇由艾倫·桑達奇(Allan Sandage)撰寫的文章標題中稱其為「尋找兩個數字」的過程:哈伯常數,用於測量宇宙的膨脹,以及減速參數,用於量化膨脹速度的減緩。在 1960 年代末期,紐西蘭天文學家碧翠絲·廷斯利(Beatrice Tinsley)及其同事發現,星系的亮度會隨著它們的年齡變化。奧斯特里克在一次訪談中回憶道,此一發現引發了對傳統宇宙學研究的「懷疑」。他說:「突然之間,我們意識到星系勢必會演化。」[4]此一發現使得人們認為哈伯的一些古典宇宙學測試不再可靠。研究人員轉而利用觀測數據來計算主導星系和宇宙的各種物理過程。

https://bimonthly.ps-taiwan.org/cms/media/圖片6-1024x1463.png1980 年,奧斯特里克在中國演講。(圖片來源:AIP Emilio Segrè Visual Archives, 奧斯特里克捐贈。)

到了 1971 年,當奧斯特里克被晉升為普林斯頓大學的正教授時,他已經將研究重點從恆星轉向星系。他利用在恆星演化方面的專業知識,展示了恆星演化過程如何在星系的生命週期中影響其總光度。奧斯特里克還探討了一個問題,這個問題源自於他在研究生時期研究的旋轉恆星:旋轉的星系在其生命週期內如何保持穩定?然而,回答這個問題需要用電腦對星系進行建模,而這是奧斯特里克不熟悉的技術。他向他的同事詹姆斯·皮布斯(James Peebles)求助。

 

星系能夠存活嗎?

詹姆斯·皮布斯在加拿大曼尼托巴省的溫尼伯出生並成長,獲得了曼尼托巴大學的學士學位後,他在 1958 年轉到普林斯頓大學學習物理學。雖然他最初研究的是粒子物理學,但皮布斯最終被重力物理學家羅伯特·迪克(Robert Dicke)的研究所吸引。迪克在 1960 年代初以實驗測試不同重力理論的獨特方法聞名。[5]1964 年,迪克請皮布斯考慮宇宙早期高溫高密度的時期留下來的潛在遺跡:天空中可觀測的宇宙微波背景輻射。當宇宙微波背景輻射於 1965 年被觀測到時,皮布斯正在孕育現代大爆炸理論。作為新興「物理」宇宙學的先驅之一,他研究了諸如大爆炸中的核元素合成、星系的形成及宇宙結構等主題,也因其貢獻成為 2019 年諾貝爾物理學獎的得主之一。

當奧斯特里克敲響皮布斯的門時,皮布斯才剛從新墨西哥州洛斯阿拉莫斯著名的核物理實驗室歸來,他受邀在那裡幫助科學家理解 1969 年衛星探測到的一次高能伽馬輻射閃光。(雖然當時是由旨在監測核武器試驗的衛星探測得到,但這次閃光後來被認定為首次探測到的伽馬射線暴。)皮布斯充分利用了這次拜訪:他使用實驗室的超級計算機(這些計算機通常用於模擬核武器和爆炸)來建構宇宙中星系聚集的首次模擬。這些模擬顯示了均勻分布的質量如何在重力作用下逐漸聚集成團塊。

https://bimonthly.ps-taiwan.org/cms/media/圖片7-1024x710.png愛沙尼亞托拉維雷的塔爾圖天文台,於1965 年所攝的空拍圖。(圖片來源:Jaan Einasto。)

皮布斯回到普林斯頓後聽從奧斯特里克的建議,運用他對打卡電腦的熟練技術「搞出了一些多體模擬」。[6]具體來說,他的模型包含 500 個粒子:這些粒子類似恆星的組成物,它們排列成一圓盤狀並在重力作用下運動,以模擬星系的穩定性。奧斯特里克和皮布斯很快發現,他們模型中的旋轉星系「迅速且明顯地不穩定」。在他們的計算中,星系盤在一次旋轉後就會解體。[7]

情況似乎不對勁。銀河系存在的歷史顯然遠超過一次旋轉的時間。那麼它是如何在現實宇宙中存活下來的呢?他們提出了一個解釋:重新思考星系質量的分布。所有質量並非都集中於明亮的圓盤,有許多質量存在於星系中央的球狀突起中,他們稱之為「暈」(halo)。這個星系暈有助於在星系旋轉時讓它保持穩定。

對於奧斯特里克和皮布斯的新想法,大部分星系動力學家並不感興趣。撇除其它啟人疑竇的理由,他們並不清楚這種分析是否適用於所有星系。它能否解釋那些不具旋轉對稱性的星系?如果能,質量巨大的星系暈是否是防止不穩定的唯一方法?許多天文學家同意麻省理工學院的天文學家阿拉爾·托姆雷(Alar Toomre)的觀點,他在奧斯特里克和皮布斯1973 年的論文發表幾個月後稱這個想法是“一場真正的偏頭痛”。[8]

 

宇宙的質量

儘管奧斯特里克和皮布斯的穩定性論點仍然存在爭議,但它成功地啟發了當時在以色列特拉維夫大學擔任講師的阿莫斯·亞希爾(Amos Yahil)。亞希爾在 1970 年於加州理工學院獲得粒子物理學博士學位後,對粒子物理學感到不滿,並在當時剛轉行進入宇宙學。在 1971 至 1973 年間,亞希爾在紐澤西州普林斯頓的高等研究院擔任博士後研究員時,他開始研究宇宙中質量的分布,這被認為是理解擴張宇宙最終命運的關鍵參數之一。宇宙是「開放的」,也就是說它會永遠擴張?還是「封閉的」,也就是說它的質量足夠大,重力會讓它在遙遠的未來再次塌縮?

為了研究宇宙的質量分布,亞希爾開始對星系團進行建模。雖然其他研究者使用明確的空間邊界來模擬星系團,亞希爾卻觀察到了一個奇怪的現象:星系數據表明,星系團似乎沒有明確的邊界。換句話說,星系團的密度在空間中似乎沒有明顯的截止點。在 1972 年聽到奧斯特里克談論大質量星系暈的可能性後,亞希爾開始思考,星系是否也像星系團一樣,沒有一個質量突然消失的明確邊界。他將這個主題的一份初稿寄給奧斯特里克,從而開啟了他們成果豐碩的合作過程。


證明暗物質存在

以下是 1974 年普林斯頓大學和塔爾圖大學團隊分別發表的重要論文中的圖示,展示了圍繞星系的大質量星系暈的存在。這些圖繪製了與星系中心的距離 R測量到的不同質量。結果顯示星系的質量並不是在固定的位置停止,而是隨著半徑的增加線性增長,遠超過星系明亮的可見盤面。左側的圖示來自於傑瑞米亞·奧斯特里克、詹姆斯·皮布斯和阿莫斯·亞希爾的文章。數據點表示透過不同方法測得的觀測質量,包括星系旋轉、星系對和星系團動力學的方法(在圖標中標記為「virial」,即統計力學中的位力定理 (Virial theorem),用於得出星系團中星系的總質量)。右側的圖示來自於楊·艾納斯托、安茨·卡斯克和恩·薩爾的文章。點表示來自五組星系對的觀測值,虛線是已知恆星群體的質量函數,點線是「暗」冠狀層的隱含質量分布,實線則是包括冠狀層在內的星系總質量分布。質量單位為太陽質量 M☉。(左側圖示引用自參考文獻 9;右側圖示引用自參考文獻  [15],出處為《自然》期刊。)

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奧斯特里克本人也受到他的星系暈理論所啟發。他在一次訪談中回憶道:「如果圓盤在星系內部(的質量)不占主導地位,那麼或許它在外部也不是。」奧斯特里克和亞希爾開始合作,檢驗他們的想法是否成立。如果有一個球形的暗質量逐漸主宰星系外緣的質量分布的話會怎樣?這對搭檔很快請求皮布斯加入他們的合作,皮布斯當時剛寫完一本關於宇宙學和宇宙質量分布的教科書。

這個團隊收集了各個天文子學科針對星系質量的動力學測量數據。這些測量是透過解釋宇宙物體的運動所需的重力大小所得到。數據包括星系對、小型星系群和大型星系團,以及旋轉星系。這三位科學家發現,這些星系質量的動力學測量隨著星系半徑的增加而持續增長。換句話說,測量星系質量的位置越向外延伸,系統的質量就越大——即使這些測量位置是在星系明亮的圓盤之外。他們在 1974 年 10 月發表的論文中總結道:「普通星系的質量可能被低估了 10 倍以上。」星系並沒有明確的邊界,而是被這些四面八方延伸的、不可見的大質量星系暈所包圍,這些星系暈可能是「昏暗的恆星」。這些看不見的星系暈使得宇宙的質量大大增加,暗示著宇宙可能是封閉的。

 

蘇聯故事

在鐵幕的另一邊,距離普林斯頓約 6500 公里遠的地方,有科學家得出了類似的結論。當尤里·加加林(Yuri Gagarin)在1961 年進入太空,蘇聯在地面上正在發展強大的宇宙學物理研究國家隊。此一發展的主要推動者之一是物理學家雅科夫·澤爾多維奇(Yakov Zeldovich),以他在 1940 年代蘇聯核彈計畫中的工作而聞名。他開始組建一個由優秀物理學家組成的團隊,致力於解決宇宙學中的各種問題。澤爾多維奇和他的團隊與美國的迪克團隊平行展開工作,並迅速以微中子、類星體、黑洞和宇宙微波背景輻射等方面的工作而聲名遠播。澤爾多維奇每週在莫斯科國立大學史坦柏格天文研究所的兩小時研討會成為了宇宙學的交流中心,吸引了來自整個蘇聯的科學家參加。[10]

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1974 年,楊·艾納斯托(Jaan Einasto)在高加索山脈的艾爾布魯斯山(Mount Elbrus)上。(圖片來源:Jaan Einasto。)

1971 年,一位 42 歲的天文學家楊·艾納斯托在史坦柏格天文研究所的一次研討會上發表演講。他從當時位於愛沙尼亞蘇維埃社會主義共和國境內,塔爾圖市外 20公里的小鎮托拉維雷(Tõravere)乘火車來到莫斯科。托拉維雷擁有塔爾圖天文台,艾納斯托曾在 1964 年天文台搬遷到市區外時協助架設。愛沙尼亞的天文學發展可以追溯到 19 世紀初,當時著名的波羅的海德國天文學家弗德里希·喬治·威廉·馮·斯特魯維(Friedrich Georg Wilhelm von Struve)透過觀測雙星,使塔爾圖天文台聲名鵲起。艾納斯托是戰後愛沙尼亞天文學的新一代成員。[11]

艾納斯托受邀來到莫斯科,討論他在格里戈里·庫茲敏(Grigori Kuzmin)指導下完成的博士研究中的新理論模型。艾納斯托與美國的碧翠絲·廷斯利等人分別進行類似的研究工作:透過模擬星系的光度和質量分布,為星系演化建立數學上的描述與理解。他的目標是利用已知的恆星群體精確地描述星系。透過現有的觀測數據,他對恆星數量在星系各個組成部分(如凸起、核心和圓盤)中的分布進行建模。他在莫斯科的研討會上發表了他最近對仙女座星系(距離銀河系最近的鄰居)的模型。這引起了澤爾多維奇的興趣,於是他邀請艾納斯托在高加索山脈的蘇聯年度冬季天文學校上發表演講。

到了 1972 年,經過冬季學校中他對仙女座模型的多次討論,艾納斯托遇到了他在往後訪談中所稱的「僵局」。他看到一篇來自摩頓·羅伯茲(Morton Roberts)的論文,羅伯茲是西維吉尼亞州綠堤國家電波天文台的電波天文學家,該論文使用氫雲來建模仙女座星系的旋轉。羅伯茲的數據顯示,這些氫雲在星系邊緣的運動速度非常快——比圓盤中可見的恆星還快。在星系邊緣存在什麼物質可以解釋這一現象呢?艾納斯托在他的自傳中寫道:「沒有任何恆星數量的組合能夠解釋星系旋轉的觀測數據。[12]」一直到艾納斯托與觀測台的同事討論後才終於解決這個問題。

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恩·薩爾(Enn Saar),攝於1974。(圖片來源:Jaan Künnap, CC BY-SA 4.0)

 

高加索山脈的重磅炸藥

助艾納斯托一臂之力的是宇宙學家同事恩·薩爾(Enn Saar),他為艾納斯托在重力宇宙學方面上了寶貴的一課。薩爾是兩位愛沙尼亞漁民的兒子,他在高中時常帶著火柴和報紙走路上學,以防狼的襲擊——同時他對宇宙有著濃厚的興趣。薩爾在 1972 年於塔爾圖大學在宇宙學家阿爾維德·薩帕(Arved Sapar)指導下完成博士學位後,開始與艾納斯托討論建模星系外緣的問題。薩爾在一次訪談中提到,他們之間有「某種態度上的差異」。他的宇宙學經驗讓他認為星系的邊界並不成問題。他表示,缺乏邊界「是任何重力系統的正常狀態」。也許眼睛所見的全部,而星系的範圍其實遠超過發光圓盤。

對艾納斯托來說,薩爾的見解意味著「放棄只有已知恆星群族存在於星系中的觀點」。星系可能被一種未知性質的新群族所包圍。艾納斯托和薩爾將這種看不見的群族命名為「星系冕」。艾納斯托在 1972 年的第一屆歐洲天文學會議上展示了他的想法。他的摘要中寫道:「巨大的星系可能被尺寸龐大的的質量冕包圍。」艾納斯托提出這種「未知物質」可能以「稀薄電離氣體」的形式存在 [13]。艾納斯托在一次訪談中回憶說,他在雅典演講得到的反應相當平淡。這種興致缺缺的反應使他決心尋找更多數據來支持他的主張。

不過這在蘇聯絕非易事。曾與卡爾·薩根合作而聞名的俄羅斯天文學家伊奧西夫·什克洛夫斯基(Iosif Shklovsky)據說曾經開玩笑說,所有蘇聯的天文觀測都透過美國的《天文物理學期刊》進行,因為蘇聯的天文學家常常受到天氣條件和設備問題的限制。但即使是在蘇聯,獲取美國期刊——尤其是在遠離列寧格勒或莫斯科等科學中心的愛沙尼亞——也不是容易的事。艾納斯托常常被迫利用外國旅行津貼來獲取《天文物理學期刊》等出版物的副本。

經過艱難的國際文獻搜索,艾納斯托發現了長期懸而未決的「茨維基問題」(Zwicky problem):星系群和星系團的運動速度似乎如此之快,以至於它們要不是應該爆炸,要不就是需要大量的額外質量來穩定它們。艾納斯托找到了一些關於星系對和星系群的數據可以補充羅伯茨的星系旋轉數據,強力支持著未被觀測到的質量冕的存在假設。他還讀到有些X 光研究顯示星系中沒有足夠的電離氣體來解釋其星系冕當中的所有質量。這些知識促使他提出了新的假設:質量可能是由某種新型態的恆星組成。艾納斯托與薩爾和當地學生安特斯·卡西克(Ants Kaasik)一起努力進行計算。

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澤爾多維奇和奧斯特里克(左至右)在 1979 年的莫斯科。 (圖片來源:AIP Emilio Segrè Visual Archives,奧斯特里克捐贈。)

1974 年 1 月的高加索山脈上,他們在澤爾多維奇的年度冬季學校上展示了他們的研究成果。以歐洲最高峰——艾爾布魯斯山作為背景,艾納斯托分享了關於星系冕的觀點:星系周圍必須有一種尚未被發現的非恆星物質。正如他後來所寫,當時就像「一顆炸彈爆炸了。[14]」澤爾多維奇小組中的年輕物理學家立即開始進行簡單估算:星系冕是否可能由氣體或微中子雲組成?當艾納斯托、薩爾和卡西克開始為蘇聯天文學期刊《天文學通訊》(Astronomicheskii Tsirkulyar)撰寫他們的結論,活動的主辦人介入了。「澤爾多維奇堅持這必須發表在一些真正重要的期刊上」,艾納斯托在一次訪談中這樣告訴我。

在澤爾多維奇的建議下,艾納斯托和他的團隊決定將他們的論文翻譯成英語,並將其送交給著名的英國期刊《自然》(Nature)。薩爾告訴我:「這是一個奇怪的點子,因為我們知道這幾乎是不可能的。」這不僅是因為他們第一次在如此有聲望的英語期刊上發表論文——在塔爾圖,長期以來的慣例是將結果發表在當地的天文學公報《塔爾圖天文物理觀測所通知》(Tartu Astrofüüsika Observatoorium Teated)中——而且當時,每一封寄出的國際郵件都會被蘇聯國家安全委員會(KGB)嚴密審查。

這個過程非常繁瑣:像「原子」這樣簡單的科學詞彙需要避免,因為對秘密且極度敏感的 KGB 審查員可能將其與核武器聯想在一起。該小組對校樣所提出的其中一處修改從未被加到完稿中,因為他們寄回英國的信被審查過程延誤了,直到《自然》已經付印完成後才送達。儘管如此,發表還是成功了。該文於 1974 年 7 月發表,比普林斯頓小組的文章早了幾個月。他們寫道:「證據顯示,星系被質量超過已知恆星一個數量級的巨大星系冕包圍。」 [15]他們的證據還顯示,星系冕的假設意味著宇宙的總質量比先前認知的大 10 倍,表明了未知的暗物質占據了宇宙中大部分的質量。

從異端邪說到正統觀念

在地球的兩側,艾納斯托和奧斯特里克的小組獨立地證明了暗物質的存在。儘管他們在截然不同的政治背景下工作,這兩個團隊的合作均由年輕的天體物理學家和宇宙學家組成,專注於研究星系。他們所呈現的證據不像是茨維基或魯賓那樣的簡單證明或單一觀測結果,而是透過多種不同論點的綜合推斷。正如皮布斯在我訪談中所述,「最好的論點是哪個?沒有。這是一個沒有單一論點具有說服力,但許多論點都指向同一方向的情況。」這兩篇論文是物理宇宙學這個新興領域及其跨學科團隊合作和方法論的典範:將來自不同尺度的數據和論點——從恆星與星系到星系團——結合起來,形成一個一致的宇宙物理圖像。

儘管這些論文深具歷史意義,但它們並未立即受到熱烈歡迎。「人們認為這根本太瘋狂了。」奧斯特里克告訴我。薩爾回憶道:「大多數天文學家和物理學家對這個想法完全不感興趣。」一些天文學家質疑這些小組所使用的部分數據。天體物理學家傑佛瑞·伯比奇(Geoffrey Burbidge)對這一想法表示了強烈的不滿,並在兩篇論文發表後幾個月內撰寫了批評性的回應,登載於《天體物理學期刊》(Astrophysical Journal)。伯比奇的論文中寫道:「與艾納斯托等人和奧斯特里克等人獲得的結果相反,我們顯示沒有明確的動力學證據能證明星系具有非常大質量的星系暈。」[16] 他特別批評了僅透過觀察星系動力學來測量星系質量的假設。

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皮布斯(左一)和艾納斯托(右一)在1977年的國際天文學聯合會研討會上與喬治·阿貝爾(George Abell,左二)和麥坎·朗格爾(Malcolm Longair,右二)交談。(圖片來源:Jaan Einasto。)

直到1970年代後期,失蹤質量假說——即星系被無形質量的冕或暈包圍的概念——才成為天文學和宇宙學思考的基石。普林斯頓和塔爾圖團隊都付出了相當的努力,以促使他們的提議被接受。1975年,艾納斯托在愛沙尼亞塔林組織了一個會議,討論隱形星系冕的可能性,並在同年於第三屆歐洲天文學會議(在喬治亞的第比利斯(Tbilisi)舉辦)為「失蹤質量」設立了一個專題會議。奧斯特里克在1976年於美國國家科學院的講座中捍衛了他的觀點,聲稱「大多數質量不在普通(太陽)型恆星中,而是以其他黑暗形式存在。」 [17]到那時,社群中大多數人的反應已經一百八十度轉變:「在兩年內,我們從異端邪說轉變為正統觀念」,亞希爾這樣告訴我。

1977年後,他們的觀點獲得了更多支持。光學和電波天文學家發表了更多顯示出無形質量的星系旋轉數據。宇宙學家開始用理論描述失蹤質量如何影響星系形成,粒子物理學家則將這種神秘物質與宇宙中可能存在的微中子背景連結。在這兩種情況下,理論家都接受了失蹤質量的證據,並將這一概念作為構建宇宙中粒子和結構形成理論的核心。換句話說,研究人員隨後取名為暗物質的這個概念,現在已經成為建構宇宙理論的基礎。到了1970年代末,暗物質的存在似乎已經不可避免。天文學家珊卓·法伯(Sandra Faber)和約翰·加拉赫(John Gallagher)在1979年的一篇回顧文章中寫道:「我們認為,無形質量的發現很可能將成為現代天文學的一個重要里程碑。」[18] 確實如此。

 

參考文獻

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2.J. P. Ostriker, interview by C. Smeenk (14 May 2002), Niels Bohr Library & Archives, American Institute of Physics, College Park, MD.

3.J. de Swart, in The Renaissance of General Relativity in Context, A. S. Blum, R. Lalli, J. Renn, eds., Birkhäuser (2020), p. 257.  

4.Unless stated otherwise, all quotations in this article come from interviews I conducted between 2014 and 2020 with Jeremiah Ostriker, James Peebles, Amos Yahil, Jaan Einasto, Enn Saar, and Alar Toomre. The transcripts will eventually be made publicly available at the American Institute of Physics’s Center for History of Physics.

5.P. J. E. Peebles, Cosmology’s Century: An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe, Princeton U. Press (2020). 

6.J. Peebles, interview by M. Harwit (27 September 1984), Niels Bohr Library & Archives, American Institute of Physics, College Park, MD.

7.J. P. Ostriker, P. J. E. Peebles, Astrophys. J. 186, 467 (1973). https://doi.org/10.1086/152513

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13.J. Einasto, in Stars and the Milky Way System, L. N. Mavridis, ed., Springer (1974), p. 291. 

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16.G. Burbidge, Astrophys. J. 196, L7 (1975). https://doi.org/10.1086/181731

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19.M. Stanley, Phys. Today 69(7), 38 (2016). https://doi.org/10.1063/PT.3.3235  

20.F. Dyson, Phys. Today 63(12), 44 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3529001

21.A. R. Sandage, Phys. Today 23(2), 34 (1970). https://doi.org/10.1063/1.3021960

 

 

本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, Aug. 2024雜誌內 (Physics Today 77 (8), 34–43 (2024); https://doi.org/10.1063/pt.ozhk.lfeb )。原文作者:Jaco de Swart。中文編譯:林祉均。

Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates Physics Today (American Institute of Physics) authorizing Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Jaco de Swart and was published in (Physics Today 77 (8), 34–43 (2024); https://doi.org/10.1063/pt.ozhk.lfeb ).The article in Mandarin is translated and edited by J.R Lin.