騙吃騙喝騙感情:99.9%由暗物質組成的奇特星系之真實面目

2020-10-17 21:00:50 2294 views
摘要

周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫專欄。目前,假如沒有無處不在卻又神不可測的暗物質,星系的形成是難以理解的。

騙吃騙喝騙感情:99.9%由暗物質組成的奇特星系之真實面目

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作者:西班牙迦納利天文學研究所

翻譯:FL

校對:DAIKIN

編排:況宇庭

後台:庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

原文:https://phys.org/news/2020-10-puzzle-strange-galaxy-dark.html

騙吃騙喝騙感情:99.9%由暗物質組成的奇特星系之真實面目

哈勃太空望遠鏡拍攝的超彌散星系「蜻蜓44」圖像。

圖源:泰摩爾·賽福拉希(Teymoor Saifollahi)與美國宇航局/哈勃太空望遠鏡

目前,假如沒有無處不在卻又神不可測的暗物質,星系的形成是難以理解的。天文學家測算了眾多星系周圍的暗物質,發現其數量大約是可見物質的10到300倍。然而,幾年前發現的一個稀疏天體改變了這一觀點。觀測表明,這個名為「蜻蜓44」的星系其暗物質質量是其可見恆星質量的10,000倍!震驚之餘,天文學家們努力觀察這個物體是否真的天賦異稟,抑或是在分析觀測結果的過程出現紕漏?現在,真相終於大白於天下!

由格羅寧根大學(荷蘭)卡普坦研究所領導,並由西班牙迦納利天文學研究所(IAC)和拉拉古納大學(ULL)參與的一個國際小組,研究了「蜻蜓44」周圍的球狀星團總數。此次測算得出的暗物質含量比先前發現的少得多,這表明這個星系既不獨特、也不異常。 這一結果最近發表在英國皇家天文學會月刊(MNRAS)上。

「蜻蜓44」星系是在對后髮座星系團的深入調查中發現的,后髮座星系團由上千個星系構成。研究伊始,這個星系曾被研究人員認為非同尋常,因為從其中推斷出的暗物質總量幾乎和銀河系的一樣多,也就是相當於十億個太陽質量!

騙吃騙喝騙感情:99.9%由暗物質組成的奇特星系之真實面目

星系扎堆的后髮座星系團

圖源:Russ Carroll, Robert Gendler, Bob Franke以及Dan Zowada紀念天文台

我們的銀河系包含大約一千億顆恆星,然而「蜻蜓44」星系只含有約一億顆恆星,僅為銀河系的千分之一。這意味著其暗物質的質量是其所含恆星的一萬倍。如果這是真的,它將是一個極為獨特的天體,其暗物質的總量幾乎是預期量的100倍。

然而,通過對「蜻蜓44」周邊球狀星團系統的詳盡分析,研究人員發現球狀星團的總數只有20個,暗物質的總量約為發光物質的300倍,這意味著它並沒有遠超這類星系的正常值。

IAC研究員、論文的合著者伊格納西奧·特魯希略(Ignacio Trujillo)解釋道:「事實上,我們只發現了20個球狀星團,而此前研究據稱發現了80個星團。這意味著之前測算的『蜻蜓44』內暗物質數量大打折扣。此外,根據我們發現的球狀星團數量,『蜻蜓44』星系中的暗物質總量與這類星系的預期一致。發光物質與暗物質的比例不再是萬分之一,而是300分之一。」特魯希略補充道。

多年來,「蜻蜓44」被認為是一個異類,擁有一般星系所hold不住的超量暗物質,完全無法用現有的星系形成模型解釋。「但現在我們知道,以前的研究結果是錯誤的,『蜻蜓44』並不獨特。以後咱不用跟他瞎耽誤功夫了,可以翻篇兒啦。」卡普廷研究所研究員,這篇文章的第一作者泰摩爾·賽福拉希(Teymoor Saifollahi)指出。自此,「蜻蜓44」不再神秘,向99.9%的暗物質組成說拜拜吧。

「我們的工作表明,這個星系並不太奇異,也並非出人意料。現有的星系形成模型就可以解釋它,無需修改。」另一位 IAC 研究員,球狀星團專家,本文的合著者麥扣·比斯利(Michael A. Beasley)如是說。

球狀星團的總數與星系的總質量有關。因此,如果測量出球狀星團的數量,就可以得到對應暗物質的數量,特別是當可見物質的數量只是總質量的一小部分時。

「然而,對於球狀星團總數和星系總質量之間的這種關係,我們並沒有一個理論解釋,這純粹是一種直觀經驗。這可能是與恆星和球狀星團本身形成的原始氣體數量有關。也就是說,星系中的暗物質越多,它包含的氣體就更多。」IAC研究員、本文的合著者約翰·克納彭(Johan H. Knapen)表示。

小知識

什麼是暗物質?

天體物理學家認為,宇宙構成的27%是暗物質,68%是暗能量,最後剩下的那5%才是可見物質。暗物質能產生引力,將恆星們凝聚在一起形成星系;暗能量則完全相反,它讓星系間保持距離並使整個宇宙不斷加速膨脹。

暗物質不可見,它不發射、反射或吸收光或任何類型的電磁輻射,例如X射線或無線電波。因此,暗物質是無法直接檢測到的。除了對引力波的檢測之外,我們對宇宙的所有觀測都涉及捕獲望遠鏡中的電磁輻射。

但是暗物質確實會與普通物質相互作用。它對宇宙中的大型結構(如星系和星系團)表現出可測量的引力作用。因此,天文學家即使無法直接看到暗物質,也能夠用測量暗物質通過重力對普通物質的影響來繪製宇宙中暗物質分布圖。

責任編輯:王延昕

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

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飛馬座中的星系

Image Credit & Copyright: Robert Eder

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