根据韦伯望远镜观测的数据，2023年2月22日发表在《自然》杂志上的一项最新研究指出：新发现的星系如此之大，以至于它们与宇宙早期星系的99%的代表性模型相矛盾。

长期以来，天文学家们所观测到的宇宙中重子物质的含量与理论计算值不符，这被称为“重子缺失问题”。宇宙大爆炸后的几十亿年里，形成了氢、氦和其他元素，天文学家们发现，实际观测到的这类物质质量小于理论预测中应有的质量。近期，NASA钱德拉X射线天文台获得的数据为解决这一问题提供了一些线索。

科学家们曾提出假设说，这些消失的物质隐藏在由星系际空间中温暖气体（温度低于100000开尔文）和高温气体（温度高于100000开尔文）构成的巨大纤维状结构里。这些纤维状结构被称为“星系际温热介质”，英文缩写为WHIM。可见光波段的望远镜无法观测到WHIM，但一些WHIM可以被紫外波段探测到。人们从“千禧模拟”项目中——一个用超级计算机进行宇宙演化模拟的项目——获知了WHIM可能的存在图景。

如果这些星系际纤维存在，它们就可以吸收一部分通过它们的X射线。人们获得了通过一定波段内观测类星体H1821+643接收到的X射线频谱。这个类星体距地球约34亿光年。

研究团队使用了新的技术来整合光谱中的各个部分，寻找WHIM存在的迹象。最终，研究者们在这个类星体和地球之间发现了17个可能的星系际纤维结构。

对于每个可能的星系际纤维结构，研究人员都对光谱进行了波长调整，来消除宇宙膨胀的效应。最终，当他们把所有单一纤维结构光谱叠加在一起的时候，发现全部WHIM对X射线的吸收值远大于每一个单一光谱。

团队并没有在单一光谱中观测到X射线的吸收。通过光谱叠加，他们用五天半的实际观测数据整合出了相当于100天的等效观测数据。数据显示，氧的吸收线是由于温度高于一百万开尔文的气体造成的。通过氧的数据，研究者们可以推算出其他元素的相应数据；以观测的局部宇宙为样本，研究者们也计算了整个宇宙中“消失”的物质量。这一研究于2019年2月13日发表在《天体物理学杂志》上。

依照目前主流的理论，暗物质是一种看不见的物质，它可能是宇宙物质的重要组成部分。暗物质理论得到了大量观测和计算结果的支持，因此它是一种非常好的理论，因此也成为了标准宇宙模型的重要部分。不过迄今为止，科学家还未直接观测到暗物质，因此有许多人正在研究替代暗物质的理论。

这些替代理论基本上都是从引力下手，其中最受欢迎的理论当属“修改牛顿动力学”，这也被称为“修改引力”。在支持暗物质理论的证据中，有一个非常重要的前提，那就是假设我们现在所理解的引力是正确的。牛顿的万有引力和爱因斯坦的广义相对论都得到了很多观测的证实，因此在这些框架下假设暗物质存在是合理的。

但是修改牛顿动力学认为，这两种理论都对引力的理解有偏差。牛顿和爱因斯坦的引力理论都依赖于等效原理，也就是说，物体的惯性质量和引力质量是成比例的。如果这两种质量都采取国际单位，那么这个比例为1，也就是它们是相等的。该原理的结果是物质在相同引力场的下落速度是一样的，这种效应也在一定的精度内得到过证明。

在修改牛顿动力学中，由于外部场效应的存在，物质的惯性质量和引力质量是不成比例的，简单来说就是等效原理不存在。在牛顿力学中，物体的惯性质量是一种固有属性，与外部环境没有任何关联。但是在新理论中，物理的惯性质量取决于引力质量还有宇宙其它部分的净引力，它已经不是一种固有属性了。

新理论的首个挑战是解释星系中物质的运动。宇宙中的大多数星系，其可见物质都集中在中心区域，因此越靠近中心区域的恒星的运动速度应该比边缘的恒星快，这就像水星的运动速度比海王星快一样。但是科学家观测到的是，无论恒星与星系的距离是多少，它们的运动速度似乎都一样快。

暗物质理论对此的解释是，暗物质构成了星系的大部分质量，并且暗物质晕包围着星系，所以大部分质量都不集中在中心。而新理论摒弃了暗物质的说法，它认为来自其它星系的引力会调整离中心更远的恒星的惯性质量，因此它们会比预期的运动得快。在天文学中，我们会说观测到的旋转曲线与理论预测不相符合。

如果新理论是正确的，那么星系的旋转曲线应该与其它星系的分布是相关联的，要给新理论寻找证据支持，这是一项不错的选择。一组研究团队使用了斯皮策测光和精确旋转曲线数据库研究了175个星系的旋转曲线。他们将每个星系的旋转曲线与附近星系的平均分布进行了比较。如果暗物质模型是正确的，那么附近星系的分布应该不会影响旋转曲线。如果新理论是正确的，则分布和由此产生的外场效应将影响曲线。

令人震惊的是，他们的研究发现了明显的效果。在具有最强外场的星系中，外场效应被确信为8到11西格玛。一般来说，只要效果达到5西格玛，我们就可以确认实验的真实性了。

这是一个出乎意料的结果，我们需要更进一步进行研究。长期以来，修正牛顿动力学不受天文学家的欢迎，但是这项研究表明，这个新理论还是值得天文学家继续深入探索的。

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