宇宙中的小偷:利用自身強大引力,竟偷走了另一個星系的暗物質!

2020-12-02 騰訊網

一個幾乎沒有暗物質的遙遠星系，有可能打破目前星系形成理論。新的證據表明，這不是星系異常現象，而是盜竊的受害者。暗物質，顧名思義，是一種看不見的物質，是幫助星系形成和存活的關鍵因素。暗物質產生了引發星系形成並保持現有星繫結構完整所需的強大引力。但自從發現「NGC1052-DF4」以來，天文學家們一直感到困惑。NGC1052-DF4是一個穩定而長壽的星系，幾乎沒有暗物質。

沒有暗物質這種重要成分，這個星系怎麼可能存在呢？關於星系形成的理論是錯誤的嗎？現在，由新南威爾斯大學雪梨分校領導的一項國際研究表明：暗物質一開始是存在的，只是被一個貪婪的鄰居偷走了。這項研究的主要作者、新南威爾斯大學科學和太空望遠鏡科學研究所的天文學研究員米雷婭·蒙特斯博士說：暗物質不存在，是因為它已經被「偷走」移除了，我們發現，來自附近大質量星系NGC1035的引力，正在移除它的恆星以及暗物質。

在發表在《天體物理學》期刊上的這項研究，解釋了為什麼星系系中缺少了這麼多暗物質，但並沒有與我們對星系形成的現有理解相矛盾。當兩個星系距離彼此很近時，它們會受到彼此引力的影響，經過非常深入的成像發現，暗淡的恆星正在被更大的星系拉走，這種相互作用被稱為『潮汐剝離』。在地球上也可以發現同樣的現象：月球引力影響了地球的海洋潮汐。

潮汐剝離

但是，潮汐的破壞可能會導致星系彎曲和變形（因為星系不像地球或月球那樣堅固）。如果潮汐剝離理論是正確的，那麼較小的星系NGC1052-DF4將很快開始顯示出更多惡化的跡象，它最終可能會完全解體。潮汐剝離會在影響恆星之前除去相當大比例的暗物質。如果恆星現在開始被打亂，那麼大多數暗物質已經逃逸了。隨著時間的推移，星系系將結束被它周圍的大系統(NGC1035)蠶食，至少它們的一些恆星會自由漂浮在深空中。

研究使用了強大的望遠鏡和深度成像技術（包括長達60小時的長時間曝光攝影）在星系外部邊緣找到了模糊的線索。這些技術能夠照亮非常暗淡的恆星和星系，也就是天文學家所說的宇宙「低表面亮度」。最初該星系有一個對稱形狀，這表明沒有外力幹擾它。但新的深層圖像顯示，這個星系實際上正受到其鄰近星系的影響——它只是處於相互作用的開始階段。

星系內部保持其形狀，但在較暗的外部部分，可以看到這些『潮汐尾巴』：那些已經從銀河系中分離出來的恆星。這些觀測是使用IAC80望遠鏡、Gran Telescopio Canarias望遠鏡和哈勃太空望遠鏡進行的，哈勃太空望遠鏡是太空中最大的望遠鏡之一。由於暗物質是一種看不見的物質，它只能通過恆星和星系等恆星物體與周圍空間的相互作用來觀察。而且超深成像很困難，不僅因為你需要大量時間才能到達如此深度，而且還因為要保存最微弱結構所需的數據需要極其仔細地處理。

解開新的星系謎團

維拉·C·魯賓天文臺(Vera C.Rubin Observatory)是目前正在智利建設的最先進光學設施，它將很快將深度成像能力提升到新的水平。天文臺的主要項目將是空間和時間遺產觀測(LSST)：這是一項為期十年的成像觀測，將提供南半球有史以來最深的夜空圖像。新南威爾斯大學科學學院的天文學家薩拉·布羅教授正在領導澳大利亞參與這一項目。LSST將徹底改變低表面亮度天文學，改變我們對星系演化的理解。

它將在整個南方天空提供極深的成像數據，這對澳大利亞未來天文測量和科學的成功至關重要。LSST相機的大小大致相當於一輛汽車，它將使研究人員能夠探測到低表面亮度的星系，它還將能夠識別星系團周圍和內部的微弱特徵。雖然這項為期十年的觀測要到2023年才會開始，但科學家們期待著銀河系探索的機會。本研究是一個例子，說明擁有深空圖像來理解宇宙中明顯奇怪的事物是多麼重要，深度成像可以幫助解釋那些原本可能無法解開的謎團。

博科園｜研究/來自：新南威爾斯大學

參考期刊《天體物理學》

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