银河系自转曲线

往正在放水的浴缸里丢几个软木塞，看每个绕排水口转得有多快。靠近中心的飞快地旋转；远处吸力较弱，你或许会以为它们会慢慢漂。银河系自转曲线对银河系问的正是同一个问题：恒星和气体绕中心公转有多快，取决于它们在多远？把公转速度对到中心的距离作图，就得到一条曲线——而这条曲线的形状，原来是全部天文学中最举足轻重的图之一。

如果星系的大部分质量都集中在它明亮的中心，那么按照支配行星的同一套物理，远处的恒星本应转得慢：离质量越远、引力越弱、速度越低——正如外行星绕太阳爬得比内行星慢。但测量讲出了一个惊人的故事。从几千光年外一直到盘的可见边缘乃至更远，恒星和气体以大约每秒二百二十公里的近乎恒定速度公转——曲线保持平直，而不是下降。外银河系转得太快了，单靠可见恒星和气体的引力根本无法把它维系在一起。

这条平直的自转曲线是支持暗物质的最有力证据之一。某种看不见的东西——比所有恒星、气体和尘埃加起来还重得多——必定把星系裹在一个延展的晕里，提供额外的引力，把那高速公转的外围束缚住。同样的平直在一个又一个星系中都能看到，这正是暗物质被如此认真对待的原因。但诚实要求加一个提醒：自转曲线告诉我们存在额外的引力，却没告诉我们是什么提供了它。多数天文学家把它归于暗物质，少数人则探索修改后的引力理论；无论哪种情形，这里的“暗物质”都是对一个缺失质量问题的占位称呼，而不是一种已被证实的粒子。