用 Gaia DR2 检验银河系中由暗物质与几何维持的圆周速度

盘星系的平坦转动曲线是存在大量周边暗物质的主要证据。尽管难以辨识暗物质对我们银河系总质量密度的贡献，恒星运动学作为引力势的示踪者，是度量不同物质组分最可靠的可观测量。本工作用一个简单的广义相对论模型检验银河系转动曲线的平坦性，该模型适用于在距中心天体足够远处将盘表示为稳态轴对称尘埃度规的几何。我们从 Gaia DR2 数据中为一精心挑选的盘星样本推导出了精度空前的圆周速度。随后我们将这些速度分别拟合到经典（即包含暗物质晕）转动曲线模型，以及一个由爱因斯坦方程解导出的相对论类比模型。符合 GR 的银河系转动曲线模型在统计上与其最先进的暗物质类比模型不可区分。这支持了我们的设想：一个稳态轴对称星系尺度度规可以在纯重子银河系中“填补空缺”，暗示恒星轨道被背景几何所拖曳。我们确认几何是爱因斯坦理论中引力的一种表现，特别是度规非对角项导致的弱引力效应可能模拟出观测到的银河系转动曲线平坦性中的“类暗物质”效应。在局部宇宙学背景下，我们的发现暗示银河系的相空间可作为类 Kerr 源（内部旋转核球）的外部引力场，而无需额外物质。