暗物质可能是宇宙时空结构的一种拓扑缺陷。

近百年来，暗物质之谜一直困扰着科学家。宇宙似乎缺失了它的大部分质量，但这些质量产生的引力却依然维系着天体的运行。

近日，美国亨茨维尔阿拉巴马大学的Richard Lieu在《英国皇家天文学会月刊》上撰文称，他首次在理论上展示了引力可以不依赖质量而存在。

Lieu的灵感来自于寻找引力场方程的替代品，并将研究方向放在泊松方程上。泊松方程描述了星系和星系团中的引力机制。

Lieu认为，将宇宙中星系或星系团束傅在一起的所谓额外引力，实际上可能是时空结构中的一种拓扑缺陷。这种缺陷由早期的宇宙学相变产生，在时空中呈同心圆形壳状分布。

所谓宇宙学相变指的是早期宇宙中发生的遍及整个宇宙的物质状态改变。但究竟是什么样的相变导致时空中出现了这样的拓扑缺陷尚不得而知。

时空拓扑缺陷的所在之处通常是空间极小但物质密度却极高的地方。这些缺陷大多是一维的，是一种线性结构——也就是所谓的“宇宙弦”。但理论上，这种结构也有可能是二维壳状的。

Lieu称，这些呈同心圆形排列的壳状结构包含一个内层（具有正质量），以及一个外层（具有负质量）。两层的总质量相加恰好为零。如果在这个壳上存在一颗恒星，那么它就会感受到有巨大的引力将其拖向壳的中心。

这个新奇的理论挑战了我们对引力的传统理解，因为它表明即使在没有检测到质量的情况下，类似于引力的效应也可能发生。例如，无质量的光子也会受到天体引力的影响。

参考

The binding of cosmological structures by massless topological defects

https://academic.oup.com/mnras/article/531/1/1630/7673084