兩個遙遠星系的暗物質缺乏可能表明存在新的暗力

2020-09-14 木子木子南


暗物質不反射、發射或吸收光；它是看不見的。科學家們不知道它是由什麼組成的，但人們認為它在宇宙的進化中起著至關重要的作用，被認為佔了所有物質的85%。

離地球6500萬光年，有兩個超漫射星系--NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4。兩者都屬於衛星星系範疇和軌道-NGC 1052。最近對這兩個星系的觀察表明，它們包含的暗物質非常少，如果有的話。這個難題已經挑戰了科學家們對星系是如何形成的理解。現在，來自加州大學的研究人員和他們在北京清華大學的同事聲稱已經解開了這個謎團。

研究人員研究了預測星系內部暗物質分布的兩種理論，以及解釋宇宙整體結構如何出現的理論。第一種是CDM(冷暗物質)，它預測暗物質粒子與普通物質的相互作用很弱，除了重力之外，它們是無碰撞的。第二種理論-SIDM(自相互作用的暗物質)與CDM相矛盾，並假設暗物質粒子通過新的暗力相互作用，並在星系的內部光暈中相互碰撞。

根據9月9日發表在「物理評論快報」上的一項研究，研究人員認為，這兩個星系可能由於與宿主星系NGC 1052的潮汐相互作用而失去了質量。然後，科學家們進行了模擬，通過潮汐剝離來再現兩個星系的特性--NGC 1052剝離掉的物質。這是因為衛星星系無法保留被自身引力剝離掉的質量，因此質量被添加到NGC 1052中。在進行模擬時，研究人員同時考慮了CDM和SIDM方案。

根據他們的結果，SIDM理論形成了缺少暗物質的星系，就像上面提到的兩種，比CDM的設想要好得多。

加州大學河濱分校物理和天文學系研究員Hai-Bo Yu博士說：「在CDM和SIDM光暈中，潮汐質量損失都可能發生，在CDM中，內部暈結構『僵硬』且對潮汐剝離具有彈性，這使得典型的CDM光暈很難在潮汐場中失去足夠的內部質量來容納DF2和DF4的觀測。相比之下，在SIDM中，暗物質自相互作用可以將暗物質粒子從內部推到外部區域，從而使內暈『變軟』，並相應地增加潮汐質量損失。此外，恆星的分布變得更加分散。」

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