新研究利用弱引力透镜效应揭示出，星系的自转曲线在100万光年外的半径处仍保持平坦，并且没有显示下降的趋势。这再次点燃了暗物质与修改引力之争。

自20世纪七八十年代起，天文学家逐渐认识到星系的自转曲线在大半径处普遍呈渐近平坦状。这一发现被认为是暗物质存在的一个坚实证据，因为星系中的可见物质主要分布在一个较小的区域，因此牛顿引力定律预测星系的旋转曲线在大半径处应该呈开普勒式的下降。大半径上的平坦自转曲线表明星系中可能存在一个比可见物质分布更广的暗物质晕。然而，即使存在暗物质晕，其质量也分布在有限的区域。因此，在足够大的半径上，星系的自转曲线仍然应该呈下降趋势。然而观测上追踪大半径上的自转曲线一直是个挑战。

最近，由美国凯斯西储大学天文系领导，意大利国家天体物理研究所、美国俄列冈大学物理系、以及南京大学天文与空间科学学院共同参与的国际团队，利用弱引力透镜将星系自转曲线的测量从传统的约20万光年内拓展到超过100万光年的半径。结果显示，星系的自转曲线仍然呈现平坦，并且没有下降的趋势。星系的平坦自转曲线似乎是无限延伸的。

“这一发现挑战了现有的理论模型”，文章的第一作者，凯斯西储大学天文系Tobias Mistele博士说到，“它要么说明暗物质晕的分布比预想的更加延展，要么意味着我们需要重新思考我们对于引力的基本理论的理解。”

文章的合作者，凯斯西储大学天文系系主任Stacy McGaugh教授说到，“这一发现意义深远。它不仅可能重新定义我们对暗物质的理解，也可能启发我们探索替代的引力理论。”

该研究使用的关键技术，引力透镜效应，是爱因斯坦的广义相对论预测的一种现象。由于物体的质量会使得时空发生弯曲，从而改变光的行驶路径。大质量的天体，如星系团或者大质量恒星，均可使遥远的源发出的光的传播路径发生弯曲。利用星系引起的微弱光线偏折，可以将自转曲线的测量拓展到更大的半径上。

该研究团队还发现，引力透镜揭示的近乎无限延伸的平坦自转曲线与重子的Tully-Fisher经验关系相符合。重子的Tully-Fisher关系描述了星系的自转速度与可见物质的质量之间的紧密相关性。这一经验关系被认为是修改引力的一个有力证据。该新成果显示了重子的Tully-Fisher关系在超过100万光年的半径上依然成立。这再一次点燃了过去几十年里一直存在的暗物质与修改引力的争论。两种理论框架均可解释之前观测到的星系动力学。如何在暗物质理论框架下理解近乎无限延伸的平坦的自转曲线，或将成为测试暗物质理论，以及研究暗物质分布的一个关键问题。该发现基于千平方度巡天（Kilo-Degree Survey, KiDs）的数据。为进一步确认和拓展这一发现，分析其他引力透镜的数据也十分必要。

相关论文将以“Indefinitely Flat Circular Velocities and the Baryonic Tully-Fisher Relation from Weak Lensing”为题，发表于美国天体物理杂志快报（The Astrophysics Journal Letters）。目前已经已发布在arXiv:2406.09685。 论文第一作者为美国凯斯西储大学天文系博士后学者Tobias Mistele，其合作导师Stacy McGaugh教授，意大利天文物理国家天文台的Federico Lelli研究员，美国俄列冈大学物理系James Schombert教授，以及南京大学天文与空间科学学院的新进助理教授李鹏飞博士为文章的合作者。