艺术家对柯伊伯带天体(KBO)的印象，它位于我们太阳系的外缘，距离太阳40亿英里的惊人距离。图片来源:NASA, ESA和G. Bacon (STScI)

太阳系的外围可能有另一颗行星——或者是修改万有引力定律的证据。

两位理论物理学家报告说，启发我们寻找第九大行星的同样的观测结果，可能反而是太阳系中一个修正的万有引力定律的证据，该定律最初是为了理解星系的旋转而发展起来的。

凯斯西储大学(Case Western Reserve University)物理学教授哈什·马图尔(Harsh Mathur)和汉密尔顿学院(Hamilton College)物理学副教授凯瑟琳·布朗(Katherine Brown)在研究了银河系对太阳系外物体的影响后，得出了这一结论——如果万有引力定律由一种被称为修正牛顿动力学(Modified newton Dynamics，简称MOND)的理论所支配的话。

严厉的马瑟。学分:凯斯西储大学

MOND提出艾萨克·牛顿著名的引力定律在一定程度上是有效的。也就是说，当牛顿定律预测的引力加速度变得足够小时，MOND允许不同的引力行为接管。

MOND在星系尺度上的成功观测是为什么一些科学家认为它是“暗物质”的替代品，物理学家用这个词来描述一种假设的物质形式，这种物质会产生引力效应，但不会发出任何光。

“MOND确实很擅长解释星系尺度的观测，”Mathur说，“但我没想到它会对外部太阳系产生明显的影响。”

他们的研究成果最近发表在《天文学杂志》上。

“惊人的”结盟

Mathur和Brown之前研究过MOND对星系动力学的影响。但在天文学家于2016年宣布外太阳系的一些物体显示出轨道异常，可以用第九颗行星来解释之后，他们对MOND的局部效应产生了兴趣。

轨道的特殊性曾经导致了历史性的发现:海王星是通过其对附近物体轨道的引力作用而被发现的，水星的微小进动为支持爱因斯坦的广义相对论提供了早期证据，天文学家最近利用轨道动力学来推断银河系中心存在一个超大质量黑洞。

布朗意识到，MOND的预测可能与推动寻找第九大行星的观测结果不一致。“我们想看看支持第九行星假说的数据是否能有效地排除MOND，”她说。

凯瑟琳·布朗。来源:汉密尔顿学院

相反，Mathur和Brown发现MOND精确地预测了天文学家观察到的群集。他们认为，在数百万年的时间里，太阳系外一些物体的轨道会被银河系自身的引力场拖入一条直线。

当他们根据星系自身的引力场绘制第九行星数据集中物体的轨道时，“这种对齐是惊人的，”Mathur说。

作者警告说，目前的数据集很小，任何其他可能性都可能被证明是正确的;例如，其他天文学家认为，轨道的特殊性是观测偏差的结果。

“不管结果如何，”布朗说，“这项工作突出了外太阳系作为测试重力和研究基本物理问题的实验室的潜力。”

参考文献:《修正牛顿动力学作为行星九假说的替代方案》，作者:Katherine Brown和Harsh Mathur, 2023年9月22日，《天文学杂志》。1538 - 3881 . DOI: 10.3847 / / acef1e