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奇怪矮星系NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4的暗物質含量幾可忽略不計

哈勃拍攝的NGC1052-DF2星系(來自:NASA / ESA / Pieter van Dokkum)

哈勃拍攝的NGC1052-DF2星系(來自:NASA / ESA / Pieter van Dokkum

(神秘的地球uux.cn報道)據cnBeta:學界的一個普遍共識是,迄今發現的的星系中,大部分質量都由看不見、摸不到的暗物質組成。但是最近幾年,天文學家發現了兩個令人頗為費解的例外 —— 其暗物質含量幾可忽略不計。不過加州大學河濱分校(UCR)的一支研究團隊,已經對這種謎題給出了一個解釋 —— 其正在被附近一個更大的星系所剝離。

宇宙包含大量不可見物質的設想,最早可追溯到1930年代。當時的天文學家發現,遙遠星系的運動速度,較其可見質量要快得多。這意味著背后有比他們所能看到的大得多的幕后質量,也就是所謂的“暗物質”。

在那以后的幾十年里,天文學不斷通過觀測來證明暗物質的存在。盡管暗物質本體仍難以被找到,但支撐該設想的一些最有力證據,反而就在于這種似存非存的神秘性。

2018年的時候,天文學家公布了一項令人驚訝的發現 —— 一個幾乎不存在暗物質的NGC 1052-DF2(簡稱 DF2)矮星系。其可見物質的占比之高,或可由其相對緩慢的運動速度來解釋。然后第二年的時候,天文學家又發現了另一個類似的輕星系,它就是NGC 1052-DF4(簡稱 DF4)。

這些“例外”為暗物質理論提供有力的支撐,畢竟此前反對者一直懷疑其源于錯誤的模型計算。若真如此,反對者又難以解釋為何這套理論幾乎適用于所有星系。

現在,來自加州大學河濱分校(UCR)的一項新研究,就深入調查了這些星系中的暗物質可能消失于何處。據悉,DF2和DF4都屬于衛星星系,其繞著更大的NGC 1052而運轉。天文學家認為,大星系的潮汐力,正在質量從輕星系中抽離。

首席研究員于海波表示:“人們普遍認為,暗物質在銀河系的整體質量中占主導地位。但針對DF2和DF4的觀測表明,它們的暗物質與恒星質量之比近乎為1,只有預期的1/300 。為解釋這一巨大的差異,我們認為DF2和DF4可能正在受到NGC 1052大星系的潮汐力作用,使之剝離了大部分的質量”。

通過兩種建議的暗物質類型來模擬三個星系之間的相互作用,似乎可對這種過程的機理給出較為靠譜的解釋。不過在業內超前的一些研究中,仍引入了一些有趣的觀點。

比如某些模型表明暗物質處于“冷態”,例子移動緩慢且彼此間的相互作用不大。然而近期的理論表明,可能有一種新的“暗能量”將它們強烈地相互維系到了一起。這兩種觀點都解釋了宇宙的大尺度結構,但對銀河系中心的暗物質具有不同的含義。

通過用兩種類型的暗物質對矮星系進行建模,研究人員發現潮汐剝離在兩種情況下都可以起作用。對于自相互作用的暗物質而言,這樣也可能更易理解。猜測這種相互作用把更多的暗物質粒子從星系中心推到外部區域,使之能夠更輕松地被剝離。

于海波補充道:“即使經歷了潮汐演化,典型的冷暗物質光暈,在內部區域仍然顯得過于龐大”。

即便如此,還是有其它研究給出了不同的結論,比如認為DF2根本不缺少暗物質,并將差異全部歸因于星系距離的錯誤計算。

但無論怎樣,新研究還是讓我們對奇異的NGC 1052星系系統有了更加深入的了解。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。




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