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天文学家又发现一个完全没有暗物质的星系 距地球6000万光年

时间:2019-04-03 02:09来源: 作者:admin 点击: 49 次
[摘要]我们银河系内就有大量的暗物质,暗物质一度被认为是形成星系“粘合剂”。图示:哈勃太空望远镜所拍摄的DF2星系图像腾讯科技讯4月1日消息,据国外媒体报道,日前天文学界的新研究不仅证实了此前发现的名为DF2的超稀疏星系几乎完全没有暗物质,还发现了另一个名为DF4的类似星系。这些研究也为暗物质的存在

[摘要]我们银河系内就有大量的暗物质,暗物质一度被认为是形成星系“粘合剂”。

图示:哈勃太空望远镜所拍摄的DF2星系图像

腾讯科技讯 4月1日消息,据国外媒体报道,日前天文学界的新研究不仅证实了此前发现的名为DF2的超稀疏星系几乎完全没有暗物质,还发现了另一个名为DF4的类似星系。这些研究也为暗物质的存在提供了有力佐证。

暗物质(Dark matter)是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见物质,天文学家往往认为其可能是宇宙物质的主要组成部分,但又不属于构成可见天体的任何一种已知物质,据称暗物质要占到宇宙总质量的85%。然而一年前,天文学家们惊奇地发现了一个几乎完全没有暗物质的星系。作为第一个被发现缺少暗物质的星系,这个消息传遍了整个天文学界。这引发了一些研究人员的兴趣,同时也引起了不少人的质疑。

“如果只有一个目标星系,你脑海中总会有一个小声音在说,’如果你错了呢?’”耶鲁大学的天文学家皮特范多克姆(Pieter van Dokkum)在一份新闻稿中说。“尽管我们做了所有我们能想到的检查,我们还是担心大自然把我们扔进了一个怪圈,让一些东西看起来很特别,但实际上却更平凡。”

而3月27日发表在《天体物理学杂志快报》(The Astrophysical Journal Letters)上的一项新研究表明,范多克姆和他的团队一直都是正确的。

根据这项研究,他们证实了位于6000万光年外的幽灵星系NGC 1052-DF2(简称DF2)几乎没有任何可辨别的暗物质。此外,3月20日发表在同一杂志上的另一项研究宣布,天文学家又发现了一个缺乏暗物质的星系,其被命名为DF4。

综合来看,新研究表明DF2并不是唯一的,而是一个更大的、以前所未知的星系群的一部分,其中色这些星系似乎已经从暗物质的束缚中解放出来。这项新研究可能对目前主流的星系形成和演化理论、以及暗物质本身的真实性产生重大影响。

耶鲁大学研究生、DF2最新研究报告的主要作者莎尼·达涅利(Shany Danieli)指出:“我们发现了一些全新的东西,这非常令人着迷。”“之前没人知道有这样的星系存在,而对于一个天文学学生来说,世界上最好的事情就是发现一个没人知道甚至没人想过的东西——不管它是行星、恒星还是星系。”

一个古怪的星系

这个奇怪的星系DF2属于一个概念相对较新的超稀疏星系(UDG)。虽然超稀疏星系的大小可以和银河系一样大,但这些星系中所包含的恒星却比同等大小的银河系少了数百到数千倍。这意味着超稀疏星系基本上就是半透明的,也让天文学家很难详细观测到星系中的细节。

DF2就是这样一个半透明的朦胧星系,它是以巨大椭圆星系NGC 1052为主的更大星系群的一部分。最初,研究人员之所以注意到DF2星系,是因为它在蜻蜓望远镜头阵列(Dragonfly Telephoto Array)和斯隆数字巡天探测中心(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)所收集的图像中看上去不一样。前者看到的DF2是一团暗淡的光,而SDSS观测到的DF2是一组点状光源。

研究人员使用哈勃的高级巡天相机和10米高的W.M.凯克天文台(W.M. Keck Observatory)对其进行了更仔细的观察,从而确定DF2是一种透明的超稀疏星系,其大小堪比银河系,但其间的恒星数量约比银河系少200倍。

“我花了一个小时盯着哈勃望远镜所采集的图像,”范多克姆在去年的一份新闻稿中说。“这非常罕见,特别是在哈勃运行这么多年之后的今天得到这样一个物体的图像更是如此。然后你说,’我从来没有见过它。’这是一个惊人的东西:你可以透过它看到一个巨大的团状物。它非常稀疏,你可以看到它背后的所有星系。”

根据所采集到的DF2新图像,范多克姆和他的团队确定了星系内部的10个球状星团,这些星团都是大群的古老恒星组成,并发现它们的移动速度比预期慢了三倍。这表明DF2只包含极少量的暗物质。毕竟,如果星系质量大于可见质量,星团的轨道运行速度就会快得多。

图示:W.M.凯克天文台所收集的DF2星系光谱信息

第二次观测

由于良好科学的主要原则之一就是可重复性,范多克姆和他的团队在过去的一年里又使用Keck宇宙网成像仪(KCWI)来提高他们之前的观测精度。

“KCWI是独一无二的,因为它结合了更大范围内的调查,”达涅利说,“这种仪器不仅能让我们看到整个星系,其高光谱分辨率也能让我们准确地测量其质量。世界上没有其他设备能够同时具有这两种特性。”

通过对DF2内部球状星团移动速度的更精确测量,研究人员再次计算出该星系的质量。和以前一样,他们的结果表明DF2中蕴含暗物质的数量基本为零。

发现第二个目标

在努力确认DF2确实是一个缺乏暗物质的星系的同时,研究人员还在寻找第二个例子。幸运的是,他们发现了DF4。

DF4相关研究论文的第一作者范多克姆说:“发现第二个几乎没有暗物质的星系和最初发现DF2一样令人兴奋。”“这意味着现在发现类似星系的几率比我们之前认为的要高。由于我们对这些星系如何形成并没有很好的解释,我希望这些发现将有助于更多科学家努力揭开这个谜题。”

研究表明,DF2和DF4在尺寸、表面亮度、形态以及距离等方面非常相似。正因为如此,相关论文指出:“我们得出结论,NGC 1052-DF2并不是宇宙中的特例,而是存在的一类普遍性对象。这些大而暗的星系有很多球状星团,而且明显缺乏暗物质,它们的起源目前还不清楚。”

暗物质的意义

当然,仅以两个星系为研究样本,目前还很难得出任何全面性的结论。但是,通过证明一些星系没有明显的暗物质,该团队的研究反而为暗物质的存在提供了强有力的证据。

因为暗物质的影响在除了DF2和DF4之外的所有已知星系中都很明显,而研究小组的发现表明暗物质一定是一种有形物质,可以与正常物质相分离。这意味着诸如修正牛顿动力学(MOND)等一些替代暗物质的理论是错误的。

“我们希望下一步能发现这些星系的普遍性,以及它们是否存在于宇宙的其他区域,”达涅利说。“我们希望找到更多的证据,帮助我们理解这些星系如何与我们目前的暗物质理论相结合。我们希望这将使我们进一步揭开宇宙中最大的谜团之一:暗物质的本质。”(腾讯科技编译/皎晗)

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