圖示：哈勃太空望遠鏡所拍攝的DF2星系圖像

4月1日消息，據(jù)國外媒體報道，日前天文學(xué)界的新研究不僅證實了此前發(fā)現(xiàn)的名為DF2的超稀疏星系幾乎完全沒有暗物質(zhì)，還發(fā)現(xiàn)了另一個名為DF4的類似星系。這些研究也為暗物質(zhì)的存在提供了有力佐證。

暗物質(zhì)(Dark matter)是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見物質(zhì)，天文學(xué)家往往認(rèn)為其可能是宇宙物質(zhì)的主要組成部分，但又不屬于構(gòu)成可見天體的任何一種已知物質(zhì)，據(jù)稱暗物質(zhì)要占到宇宙總質(zhì)量的85%。然而一年前，天文學(xué)家們驚奇地發(fā)現(xiàn)了一個幾乎完全沒有暗物質(zhì)的星系。作為第一個被發(fā)現(xiàn)缺少暗物質(zhì)的星系，這個消息傳遍了整個天文學(xué)界。這引發(fā)了一些研究人員的興趣，同時也引起了不少人的質(zhì)疑。

“如果只有一個目標(biāo)星系，你腦海中總會有一個小聲音在說，’如果你錯了呢?’”耶魯大學(xué)的天文學(xué)家皮特范多克姆(Pieter van Dokkum)在一份新聞稿中說。“盡管我們做了所有我們能想到的檢查，我們還是擔(dān)心大自然把我們?nèi)舆M了一個怪圈，讓一些東西看起來很特別，但實際上卻更平凡。”

而3月27日發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報》(The Astrophysical Journal Letters)上的一項新研究表明，范多克姆和他的團隊一直都是正確的。

根據(jù)這項研究，他們證實了位于6000萬光年外的幽靈星系NGC 1052-DF2(簡稱DF2)幾乎沒有任何可辨別的暗物質(zhì)。此外，3月20日發(fā)表在同一雜志上的另一項研究宣布，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一個缺乏暗物質(zhì)的星系，其被命名為DF4。

綜合來看，新研究表明DF2并不是唯一的，而是一個更大的、以前所未知的星系群的一部分，其中色這些星系似乎已經(jīng)從暗物質(zhì)的束縛中解放出來。這項新研究可能對目前主流的星系形成和演化理論、以及暗物質(zhì)本身的真實性產(chǎn)生重大影響。

耶魯大學(xué)研究生、DF2最新研究報告的主要作者莎尼·達涅利(Shany Danieli)指出：“我們發(fā)現(xiàn)了一些全新的東西，這非常令人著迷。”“之前沒人知道有這樣的星系存在，而對于一個天文學(xué)學(xué)生來說，世界上最好的事情就是發(fā)現(xiàn)一個沒人知道甚至沒人想過的東西——不管它是行星、恒星還是星系。”

一個古怪的星系

這個奇怪的星系DF2屬于一個概念相對較新的超稀疏星系(UDG)。雖然超稀疏星系的大小可以和銀河系一樣大，但這些星系中所包含的恒星卻比同等大小的銀河系少了數(shù)百到數(shù)千倍。這意味著超稀疏星系基本上就是半透明的，也讓天文學(xué)家很難詳細(xì)觀測到星系中的細(xì)節(jié)。

DF2就是這樣一個半透明的朦朧星系，它是以巨大橢圓星系NGC 1052為主的更大星系群的一部分。最初，研究人員之所以注意到DF2星系，是因為它在蜻蜓望遠鏡頭陣列(Dragonfly Telephoto Array)和斯隆數(shù)字巡天探測中心(Sloan Digital Sky Survey，SDSS)所收集的圖像中看上去不一樣。前者看到的DF2是一團暗淡的光，而SDSS觀測到的DF2是一組點狀光源。

研究人員使用哈勃的高級巡天相機和10米高的W.M.凱克天文臺(W.M. Keck Observatory)對其進行了更仔細(xì)的觀察，從而確定DF2是一種透明的超稀疏星系，其大小堪比銀河系，但其間的恒星數(shù)量約比銀河系少200倍。

“我花了一個小時盯著哈勃望遠鏡所采集的圖像，”范多克姆在去年的一份新聞稿中說。“這非常罕見，特別是在哈勃運行這么多年之后的今天得到這樣一個物體的圖像更是如此。然后你說，’我從來沒有見過它。’這是一個驚人的東西：你可以透過它看到一個巨大的團狀物。它非常稀疏，你可以看到它背后的所有星系。”

根據(jù)所采集到的DF2新圖像，范多克姆和他的團隊確定了星系內(nèi)部的10個球狀星團，這些星團都是大群的古老恒星組成，并發(fā)現(xiàn)它們的移動速度比預(yù)期慢了三倍。這表明DF2只包含極少量的暗物質(zhì)。畢竟，如果星系質(zhì)量大于可見質(zhì)量，星團的軌道運行速度就會快得多。

圖示：W.M.凱克天文臺所收集的DF2星系光譜信息

第二次觀測

由于良好科學(xué)的主要原則之一就是可重復(fù)性，范多克姆和他的團隊在過去的一年里又使用Keck宇宙網(wǎng)成像儀(KCWI)來提高他們之前的觀測精度。

“KCWI是獨一無二的，因為它結(jié)合了更大范圍內(nèi)的調(diào)查，”達涅利說，“這種儀器不僅能讓我們看到整個星系，其高光譜分辨率也能讓我們準(zhǔn)確地測量其質(zhì)量。世界上沒有其他設(shè)備能夠同時具有這兩種特性。”

通過對DF2內(nèi)部球狀星團移動速度的更精確測量，研究人員再次計算出該星系的質(zhì)量。和以前一樣，他們的結(jié)果表明DF2中蘊含暗物質(zhì)的數(shù)量基本為零。

發(fā)現(xiàn)第二個目標(biāo)

在努力確認(rèn)DF2確實是一個缺乏暗物質(zhì)的星系的同時，研究人員還在尋找第二個例子。幸運的是，他們發(fā)現(xiàn)了DF4。

DF4相關(guān)研究論文的第一作者范多克姆說:“發(fā)現(xiàn)第二個幾乎沒有暗物質(zhì)的星系和最初發(fā)現(xiàn)DF2一樣令人興奮。”“這意味著現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)類似星系的幾率比我們之前認(rèn)為的要高。由于我們對這些星系如何形成并沒有很好的解釋，我希望這些發(fā)現(xiàn)將有助于更多科學(xué)家努力揭開這個謎題。”

研究表明，DF2和DF4在尺寸、表面亮度、形態(tài)以及距離等方面非常相似。正因為如此，相關(guān)論文指出：“我們得出結(jié)論，NGC 1052-DF2并不是宇宙中的特例，而是存在的一類普遍性對象。這些大而暗的星系有很多球狀星團，而且明顯缺乏暗物質(zhì)，它們的起源目前還不清楚。”

暗物質(zhì)的意義

當(dāng)然，僅以兩個星系為研究樣本，目前還很難得出任何全面性的結(jié)論。但是，通過證明一些星系沒有明顯的暗物質(zhì)，該團隊的研究反而為暗物質(zhì)的存在提供了強有力的證據(jù)。

因為暗物質(zhì)的影響在除了DF2和DF4之外的所有已知星系中都很明顯，而研究小組的發(fā)現(xiàn)表明暗物質(zhì)一定是一種有形物質(zhì)，可以與正常物質(zhì)相分離。這意味著諸如修正牛頓動力學(xué)(MOND)等一些替代暗物質(zhì)的理論是錯誤的。

“我們希望下一步能發(fā)現(xiàn)這些星系的普遍性，以及它們是否存在于宇宙的其他區(qū)域，”達涅利說。“我們希望找到更多的證據(jù)，幫助我們理解這些星系如何與我們目前的暗物質(zhì)理論相結(jié)合。我們希望這將使我們進一步揭開宇宙中最大的謎團之一：暗物質(zhì)的本質(zhì)。”(騰訊科技編譯/皎晗)

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