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首次发现几乎无暗物质填充的幽灵星系,挑战宇宙物质之谜

2024-11-23 226

暗物质虽然从未被科学家观测到,但现有理论认为暗物质应该就潜伏在普通物质周围,且两种物质之间的相互作用是星系形成关键因素。因此,当天文学家首次找到一个几乎没有暗物质填充的星系时,代表星系诞生假设遭遇挑战,暗物质似乎不是星系形成的必要条件。

暗物质是物质的一种形式,因不与光相互作用而得名,它们平常无影无形,只有在与普通物质之间的重力效应下才能被辨别,虽然科学家迄今为止不曾真正找到这种理论上的物质。但也是这种看不见的物质其质量至少占了宇宙质量 80%,且在银河系演化中发挥关键作用,细看银河系的话,暗物质比普通物质多约 30 倍,而其他矮星系的暗物质更可能比普通物质多出 400 倍。

重力是质量的产物,而重力越大,围绕在四周的物体就需要更快速移动以免被重力卷入中心,因此恒星与星系移动的速度应与其质量成正比。天文学家在 1970 年代曾研究包括银河系在内的大型螺旋星系,探讨当恒星距离星系中心远近不同时,其轨道运动速度是否也跟着变快变慢。

但科学家惊讶发现,位在星系边缘的恒星其轨道速率并未如预期般随着距离增加而减慢,或说若以它们含有的可见物质下去计算,则速度还变快,也因此,科学家开始相信星系内一定充满了暗物质。

但“NGC 1052-DF2”星系就像幽灵一样蔑视了这项规则。论文第一作者耶鲁大学天文学家 Pieter van Dokkum 领导的团队注意到星系内有 10 个紧凑明亮的球状星团,代表可以借由这些球状星团的运动测量出星系质量。

利用凯克天文台(W. M. Keck Observatory)望远镜收集的光谱数据发现,球状星团的移动速度比预期慢得多,每小时仅 37,000 公里,看起来基本上就像静止不动,而一个星系中的物体移动速度越慢,代表该系统质量越小。其他望远镜计算表明,星系总质量几乎都来自恒星质量,代表 NGC1052-DF2 星系中几乎没有暗物质存在。

NGC 1052-DF2 星系大小与银河系差不多,但恒星数量少了将近 200 倍,归类上属于“超稀疏星系(ultra-diffuse galaxy,缩写 UDG)”,这是一种于 2015 年才首度发现且极常见的星系,目前并没有发现这类星系缺乏暗物质的其他例子。

研究人员有几点推论来解释这星系的暗物质缺失:第一,NGC 1052-DF2 星系位于由大型椭圆星系 NGC 1052 主导的星系群附近,而数十亿年前,这个羽翼未丰的巨大椭圆星系可能在成长过程中因某种原因导致 NGC1052-DF2 星系缺失暗物质。

另一个想法是,NGC 1052-DF2 星系内经历过一场灾难性事件,将所有气体与暗物质清除掉,并阻止新恒星形成。这些可能性都只是推测,且也不能解释星系所有特征,新论文发表在《自然》期刊。

  • Astronomers find galaxy with no dark matter – and why that really matters
  • Galaxy without any dark matter baffles astronomers
  • Defying Theories, This Ghostly Galaxy Has Almost No Dark Matter

(首图来源:耶鲁大学)

2019-03-14 23:31:00

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