"蜻蜓44 "星系由99.99%暗物質構成之謎解開

2020-10-14 技術力量

如果沒有一種無處不在但又神秘的成分存在，星系的形成是很難理解的，這種成分被稱為暗物質。

天文學家經過測量後發現，星系的暗物質數量是可見物質的10到300倍不等。然而，幾年前，一個名為 "蜻蜓44 "超稀疏奇異天體的發現改變了這一觀點。研究發現，這個星系的暗物質數量是恆星的1萬倍。天文學家們被這一發現所折服，他們努力研究這個天體是否真的異常，還是在分析觀測中出了問題。現在我們有了答案。

由荷蘭格羅寧根大學卡普汀研究所領導，西班牙加拿利天文研究所和拉拉古納大學參與的一個國際團隊發現，蜻蜓44號星系周圍的球狀星團數量以及因此而產生的暗物質含量，比之前的研究結果要少得多，這說明這個星系既不獨特也不異常。


蜻蜓44星系位於科瑪星系團

蜻蜓44星系是在對科瑪星系團的深度調查中發現的，科瑪星系團有幾千個星系。研究人員認為這個星系非常特別，因為他們推斷出其暗物質數量幾乎與銀河系的暗物質數量相當，相當於十億太陽質量。

然而，蜻蜓44星系並不像銀河系那樣含有數千億顆左右的恆星，而是只有數億顆恆星，少了一千倍。這意味著，暗物質的數量是其恆星的數萬倍。如果真是這樣，它將是一個獨特的天體，其暗物質的數量幾乎是其恆星數量預期的100倍。

儘管如此，通過對蜻蜓44號周圍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，而暗物質的總量約為發光物質的300倍，這意味著它並沒有超出這類星系的正常值。

加拿利天文研究所研究員伊格納西奧·特魯希略說："事實上，我們只發現了20個球狀星團，而之前宣稱的是80個，這大大降低了該星系被認為包含的暗物質數量，此外，根據我們發現的球狀星團數量，蜻蜓44中的暗物質數量與這類星系的預期一致。可見物質與暗物質的比例不再是萬分之一，而是三百分之一。"

卡普汀研究所的研究員泰穆爾·賽福拉希指出："蜻蜓44一直是一個異常現象，這些年來無法用現有的星系形成模型來解釋。現在我們知道之前的結果是錯誤的，DF44並不特別。"

加拿利天文研究所另一位IAC研究員、球狀星團專家麥可·比斯利表示："我們的研究表明，這個星系並不那麼單一，也不那麼意外。這樣一來，星系形成的模型就可以解釋它，而不需要修改。"

球狀星團的總數與一個星系的總質量有關。因此，如果測量球狀星團的數量，就可以找到暗物質的數量，特別是當可見物質的數量只佔總量的一小部分時。

加拿利天文研究研究員約翰·H·納彭說："然而，對於球狀星團總數和星系總質量之間的這種關係，我們沒有一個物理解釋。這純粹是觀測知識。它可能與恆星以及球狀星團本身所形成的原始氣體的數量有關。一個星系中的暗物質越多，它所包含的氣體就越多。"

《皇家天文學會月報》刊登了這份研究報告。

暗物質的發現歷程


瑞士天文學家弗裡茨·茨威基

瑞士天文學家弗裡茨·茨威基在20世紀30年代觀察彗星團的運動時發現了暗物質。美國女天文學家薇拉·魯賓做了大部分關於暗物質的研究工作。

茲威基在1933年對我們現在所說的暗物質進行了第一次觀測。他對科馬星系團的觀測結果似乎表明它的質量是埃德溫·哈勃先前計算的質量的500倍，此外，這種額外的質量似乎是完全看不見的。雖然茨威基的觀測結果最初遭到了很多懷疑，但後來被其他天文學家證實了。


國女天文學家薇拉·魯賓做了大部分關於暗物質的研究工作

30年後，魯賓為暗物質的存在提供了一個巨大的證據。她發現：星系中心的旋轉速度與它們的極點相同，而當然，它們的旋轉速度應該更快。想一想唱片機上的黑膠唱片：它的中心旋轉速度比它的邊緣快。這也是我們在星系中應該看到的邏輯。但我們並沒有看到。解釋這個問題的唯一方法是去推測，如果整個星系只是某個大得多的結構的中心，導致星系從中心到邊緣有一個一致的旋轉速度。

魯賓推測星系中缺失的結構是暗物質。她的想法遭到了天文學界的強烈抵制，但她的觀測結果後來得到了證實，並在今天被視為暗物質存在的關鍵證據。

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