這個星系，沒有暗物質
2020-09-06 醬子聊科學2018年3月9日，天文學家們宣稱發現一個奇特的星系，這個星系沒有暗物質！
也許你會說，發現沒有暗物質的星系有什麼值得大驚小怪的？
這可是大事件，這事如果最終確定，堪比發現「」引力波「」和「」上帝粒子「」還要刺激。這是一個物理學家們做夢都沒想到的意外發現。
因為暗物質用「不存在」證明了自己的存在！
此前，科學家們在研究其它星系和星系團中，都預言了暗物質的存在，如今竟然發現有一個反常的，沒有暗物質。
這個不正常的現象恰好證明了之前發現的現象是正常的。這就像從小到大一直得到父母之愛的人，他是不會感覺到這個愛的存在的，有一天，當失去父母的愛時，他才會更加真切的體會到父母的愛的存在。
這個發現是包括雙子座北天文臺、W·M·凱克天文臺、哈勃太空望遠鏡和世界上其他幾個天文臺聯合在《自然》雜誌上發表的。
發現沒有暗物質的這個星系離我們6500萬光年，屬於「超稀疏星系」，編號為 NGC1052-DF2。
天文學家們在測量這個星系外圍的恆星的運動速度時，發現它們正好是星系內部那些可見物質的引力提供的速度，根本不需要暗物質。
這個暗物質是個什麼鬼？
在19世紀，物理學的天空中飄著的兩朵「烏雲」是關於「」光的運動性質」和關於「黑體輻射」的問題。
到了20世紀，這兩朵「烏雲」已經開出了兩朵豔花，一朵是「相對論」，一朵是「量子力學」。它們給物理學帶來了革命性的變革。
現在物理學家們認為，21世紀天空中還籠罩著兩朵「烏雲」，它們就是「暗物質」和「暗能量」。
數字模擬得到的大尺度宇宙內的暗物質分布圖
對暗物質和暗能量的探究會不會最終又給物理學帶來一場革命性的變革？
今天我們就先和大家聊聊這個暗物質。
2008年歐洲推出的「物理學長期發展規劃」中將暗物質列為21世紀的六大科學難題之首。
中國科學院戰略研究系列報告稱：暗物質是不遠的未來可能出現革命性突破的重大基本科學課題。
暗物質在物理學和探測宇宙秘密中是一個舉足輕重的問題。
這個暗物質到底是何神聖？竟然有如此大的能耐？
我們知道，如今人類對世界的觀察大到宇宙138億年的歷史，小到普朗克長度（1.6×10-33釐米）的粒子，可說是無孔不入無所不能。
我們藉助各種波段的電磁波來觀測世界。除了可見光波的各種望遠鏡，還有X射線、伽瑪射線、紅外線、紫外線、微波、無線電波……可說是窮盡了所有的波段去了解宇宙。
同一星系在不同波段（射電、紅外、可見光、紫外及X射線）
物理學規律告訴我們，任何物體的溫度都不低於絕對零度（-273攝氏度）；任何高於絕對零度的物體，一定會有電磁波（或是光波）輻射發出。這兩點告訴我們，宇宙中的任何物質都會有電磁波輻射。
然而，有一些物質既不發射任何波段的電磁波，也不與這些電磁波發生作用。這些用任何波段電磁波都「看」不見而又暗藏在宇宙中的物質，我們明明知道它的存在，但又對它一無所知。
這種不發光又絕對透明，在任何環境下都無法看到卻又有質量的物質，科學家稱它為暗物質。
既然看不到，摸不著，為什麼說明明感覺到它的存在？
因為這個「暗物質」有引力，並且它的這個引力比我們所有可見物質的引力多得多！
第一次提出了暗物質概念的人，是天文學家弗裡茨·茲威基。
1937年，他在觀測和研究一個叫「后髮座星系團」時發現，這個星系團中的一些星系圍繞著星系團旋轉的速度比計算出的速度快得多得多。
這就奇怪了，星系旋轉的速度是由星系團中所有可見物質提供的引力決定的。茲威基估算了這個星系團的所有可見物質的質量，然後再算出這些物質提供多少引力，可是，這些所有的引力都沒法支撐星系如此快的旋轉速度！
如此快的速度旋轉，引力又沒法支撐，星係為何沒被甩出去呢？於是茲威基推測，星系團內部應該還有一些我們沒有發現的物質，提供了多餘的引力。
銀河系圖片
可惜，當時沒幾個人認真考慮他的觀點。他的觀察和他對「暗物質」的設想在很長的一段時間內無人問津。
過了差不多40年後，直到1976年，美國女天文學家維拉·魯賓又發現了一個暗物質存在的證據，這次她把目標對準了星系中的恆星。
恆星圍繞星系旋轉，距離星系中心越遠的恆星旋轉的速度就越快，這是可以理解的，因為越往外的恆星，它裡面的恆星就越多，能提供的引力就越大。
被暗物質包圍的銀河系示意圖
離奇的是，魯賓發現在最邊緣的一些恆星旋轉速度也是越往外越快。這些恆星離中心太遠，幾乎是沒有受到星系的引力了，那支撐它們如此快的旋轉速度是什麼呢？
左圖是弗裡茨·茲威基，右圖是維拉·魯賓
至此，「暗物質」的概念才逐漸受到科學家們的重視。天文學家們對其他星系和星系團的觀測計算，結果也發現同樣的現象。
計算表明，恆星、星系、星系團想要維持那麼高的速度旋轉，可見物質提供的引力是不夠的，暗物質不但要提供多餘引力，而且必須提供很多很多引力才行 —— 暗物質的總質量，必須是已知物質總質量的6倍。
哈勃望遠鏡獲取的暗物質分布圖（圖中的藍色區域就是在哈勃望遠鏡的圖像上疊加上的暗物質分布）
那麼宇宙中的暗物質到底有多少呢？
依據2009年普朗克空間探測器的測量，目前普遍認為整個宇宙中，暗能量佔68.3%，暗物質佔26.8%，其他可見物質僅為4.9%。可見暗物質在整個宇宙中的份量有多大。
（a）普朗克測量前的比例；（b）普朗克測量後給出的最新比例
後來科學家們還通過其他的方式探測，如通過引力透鏡、大尺度宇宙結構形狀，以及微波背景輻射等研究中的「異常」現象表明，暗物質存在的證據越來越多了。
大尺度星系團結構圖片
然而，從茲威基提出暗物質的存在至今已經過去80幾年了，我們除了知道暗物質有引力外，其他的可說是一無所知……
通過宇宙大爆炸時氫和氦元素的比例（10：1）與宇宙微波背景輻射的觀測結果對上號，說明宇宙大爆炸時參加反應的物質都在這裡了，暗物質當時並沒有參加核反應。
暗物質不可能是黑洞，也不會是中子星或是其他的星際塵埃。
宇宙大爆炸示意圖
那麼暗物質從哪裡來，它又是什麼？
為了得到答案，現在物理學家正在上天入地，去探測暗物質。他們把專門的衛星送上太空，在地底下挖了很深很深的坑，在實驗室裡用最高能級的粒子加速器搞碰撞，希望能找到一兩個「暗物質粒子」。
可是，目前對於暗物質，除了它具有引力外，我們還是一無所知……
相關焦點
-
這個孤立的星系中心卻充滿了暗物質！
天文學家利用美國宇航局錢德拉x射線天文臺的數據，發現了一個被孤立了數十億年的星系，其核心中包含的暗物質比預期要多。這個星系被稱為Markarian 1216(縮寫為Mrk 1216)，包含的恆星年齡在宇宙年齡的10%以內，也就是說，幾乎和宇宙本身一樣古老。 -
沒有暗物質的星系又現身?暗物質理論面臨更大的挑戰
1933年，天體物理學家弗裡茲·茲威基(Fritz Zwicky)利用光譜紅移測量了后髮座星系團中，各個星系相對於星系團的運動速度，他得出的結論支持了雅克布斯.卡普坦的假說。儘管科學家們對暗物質的研究已近一個世紀，證實了暗物質遍布於整個宇宙中、其總量是一般物質的6倍等等，可暗物質仍籠罩於重重神秘面紗之下，科學家們對它的了解比較有限、而且爭議極大。 -
天文學家發現首個沒有暗物質的星系即將被撕裂
所有不同的力和效應應產生兩個小星系群：一種與正常物質相比具有大量暗物質，應長期存在；二是相對暗物質很少，應在較短的宇宙時間尺度上被摧毀。然而，一個星系，NGC 1052-DF4（稱為DF4，稱為DF4）已經使事情變得極其複雜，因為它似乎沒有暗物質，但大約70億年沒有形成新的恆星。在米雷婭·蒙特斯領導的一項出色的新研究中，這個謎團終於被解開了，因為一個原本常見的星系正處於被撕裂的最後階段。 -
科學家從特殊星系中發現暗物質的線索，沒暗物質的星系是什麼樣？
科學界把宇宙中的物質分為能直接看到的和不能直接看到的，並且認為不能直接看到的物質佔據了宇宙總質量的90%，那些炫麗的星系、星雲等物質只佔據了全宇宙的10%左右，科學家認為宇宙中的大多數星系是受到暗物質的影響維持運行的，然而近幾年天文觀測中發現了幾個完全不受暗物質影響的星系，這些星系顛覆了暗物質在宇宙中的地位，其中典型就是NGC 1052-DF2星系這類奇怪的超漫射星系 -
科學家發現一個無暗物質星系 或顛覆暗物質定義
網易科技訊 3月29日消息，據國外媒體報導，日前一個由天體物理學家組成的國際團隊已經發現了一個距地球6500萬光年的星系，其包含的暗物質數量很少，甚至可以說這個星系根本沒有任何暗物質。天體物理學家認為暗物質在整個宇宙中佔據主導地位，其總量甚至是普通物質的五倍。由於星系旋轉得太快，如果沒有額外的暗物質存在，根據現有的物理定律來說這些星系就會塌縮。例如銀河系的旋轉速度很快，所以它必須包含比普通物質多30倍的暗物質。實際上，天文學家曾研究過的每個星系都含有暗物質。但現在，天體物理學家似乎發現了一個沒有暗物質的星系。 -
99.99%都是暗物質？這個神秘星系的謎團終於解開了
暗物質是科學家為保證實際觀測與現有理論相洽而引入的概念，它們是人類現有理論框架下認識宇宙必不可少的一環。比如，暗物質對維繫星繫結構起到重要作用，如果沒有額外的暗物質，所有星系都將分崩離析。然而，幾年前發現的一個神秘星系徹底刷新了我們的認知——它所含暗物質的質量居然高達普通物質10000倍。也就是說，該星系99.99%由暗物質構成，是迄今為止發現的最黑暗星系。這個神秘星系名為Dragonfly 44，距離我們約3.2億光年，天文學家在對后髮星系團的一項深入探測中發現了它的蹤跡。 -
暗物質是什麼?究竟有沒有暗物質?
暗物質是什麼？究竟有沒有暗物質？不知道有沒有小夥伴看過《地質災難》這部電影，暗物質自天外之內，頃刻間穿過地球！造成的一系列毀滅性災難，而且明顯還是弱化了暗物質的實力。那麼暗物質到底是什麼？究竟有沒有暗物質？ -
趣探索：暗物質是物質宇宙的骨架，沒有暗物質就沒有人類文明
暗物質間接發現源於1970年左右魯賓和福特對銀河系鄰近星系仙女座星系中星體旋轉速度的研究。正是由於暗物質構建了宇宙的絲狀結構，可見物質才聚集在一些由暗物質建立起來的引力點上，最終形成了星系。e，沒有暗物質就沒有人類文明，因為沒有暗物質貢獻引力，就沒不會形成銀河系，那也就沒有太陽系和地球，當然也沒有你我。 -
19個星系沒有暗物質?天文學家:宇宙再次刷新人類的認知
因為有不發光的暗物質。以前，科學家認為，宇宙裡到處都有暗物質，要不然星空為啥一片黑啊，可是最近的觀測表示，有些星系真的沒有暗物質。通過觀察，科學家一共發現了19個沒有暗物質的矮星系，看是看到了，但不知道怎麼解釋。暗物質是一種神秘的，看不見的東西，雖然不發光，但會施加引力。會施加引力，決定了它們是宇宙的維持者，否則宇宙早就分崩離析了。 -
反常的星系:它們的暗物質去哪兒了?
我們的銀河系現在就處於一個大約是一萬億倍太陽質量的暗物質暈中，隨著太陽圍繞著銀河系中心旋轉，我們的太陽系也穿行在暗物質之間。我們所認識的每一個人、所聽說的每一段故事，都在這個我們眼睛看不見的暗物質暈家園中。正因如此，現在天文學家口中的「星系」，一般包括可見的發光部分以及不可見的暗物質暈。星系的重子物質主要由恆星和氣體組成。 -
在暗星系中，發現暗物質的新線索，更加確定：暗物質是存在的！
暗星系是被稱為低表面亮度星系，正是由於它們，才獲得了關於宇宙中最大謎團之一暗物質的重要確認和新信息。國際高級研究學院（SISSA）天體物理學家Chiara di Paolo、Paolo Salucci和Erkurt Adnan一起在《皇家天文學會月刊》上發表了一項新研究：發現盤狀星系可以用宇宙關係來表示。 -
科學家承認4年前搞錯了，曾以為這個星系完全由暗物質構成
和可見物質一樣，暗物質也並不是均勻分布在宇宙中每個角落的，而是也有密度的高低之分。在有些星系中，暗物質的比例相對更低一些，而在另一些星系之中，暗物質的比例則相對更高。但是，像蜻蜓44星系這麼高的暗物質比例，還是令科學家們吃了一驚。 -
又一個宇宙之謎,暗物質未覆蓋全宇宙,19個星系缺少暗物質
不過幸運的是，這一發現很大程度上增加了缺少暗物質的星系的數量，暗物質是一看不見摸不著，非常神秘的東西，不會發光，但是會對周圍物質施加引力。暗物質被認為是星系形成的關鍵成分，它的引力將氣體，原子拉在一起形成星系。暗物質存在於我們的銀河系中，它使各類物質在銀河漩流中的速度比我們所看到的各類物質組成銀河系整體的速度要快。 -
「暗物質」是什麼?維繫星繫結構的重要組成部分
因此，科學家確信一定有某種東西在維繫星系的結構。這種東西，它不發射光，也不反射光，所以稱作「暗」。科學家們根據大量的天文觀測，通過超級計算機進行海量計算，發現我們所熟知的「普通物質」佔整個宇宙不到5%，另外大約25%是暗物質，70%是暗能量。來自「普通物質」的重力不足使星系形成我們現在所見這樣的結構，恆星間會更為鬆散，這將導致星系無法形成。 -
真正的宇宙其實是這個樣子！暗物質如同神經一樣連接著每一個星系
之所以科學家會猜測宇宙中有暗物質這個說法，也是通過牛頓的萬有引力來判斷的，因為科學家發現有很多星系出現的引力現象都違反了牛頓的萬有引力說法，而這些違反現象如果用暗物質存在的說法來講，都可以得到很好的解釋，尤其是科學家通過天體的運動，引力透鏡效應以及宇宙的尺度結構形成和微波背景輻射觀測等等，所得出的數據都表明暗物質可能存在於星系 -
星系對中神秘的暗物質為何缺失
美國加州大學河濱分校（UCR）的物理學家經研究創建了一套關於暗物質本質的新理論，它有助於解釋一對距地球6500萬光年的星系中為什麼幾乎沒有這種神秘物質。當地時間9月9日，該研究發表在《物理評論快報》。有一種流行的暗物質理論被稱為「冷暗物質」（CDM），它假設：除了受引力作用，暗物質粒子之間是不會發生碰撞的。 -
哈勃新數據解釋了星系中缺失的暗物質
NGC 1052-DF2星系的這一發現對天文學家來說是一個驚喜，因為據了解，暗物質是當前星系形成和演化模型中的一個關鍵成分。事實上，如果沒有暗物質的存在，原始氣體就會缺乏足夠的引力來開始坍縮並形成新的星系。一年後，天文學家又發現了另一個缺失暗物質的星系NGC 1052-DF4，這進一步引發了天文學家對這些天體性質的激烈爭論。 -
科學家發現一暗物質星系 99.99%物質神秘未知
中國日報網8月26日電 據美國《華盛頓郵報》8月25日報導，科學家近日新發現了一個暗物質星系，其內部物質99.99%是神秘、未知的暗物質。這個星系名叫「蜻蜓44」，距離地球大約3億光年。「蜻蜓44」的質量和銀河系相當，但其能量僅有銀河系的1%。科學家推測，「蜻蜓44」只是眾多暗物質星系之中的一個。 -
宇宙中最小的星系蘊藏著最多暗物質
圖片致謝：歐洲南方天文臺/數位化巡天2號如果我們把注意力放在那些擁有不到幾十億、甚至只有幾百萬顆恆星的超小星系，我們就會發現一個違背直覺的現象：儘管小星系中恆星的運動速度比大星系中的慢，但若要保證他們結構穩定，小星系中的暗物質一定得多於5:1這個常見數據！ -
解決了由99.9％暗物質構成的奇怪星系的難題
目前，如果沒有普遍存在但神秘的成分暗物質的存在，很難理解星系的形成。天文學家測量了星系周圍暗物質的數量，發現暗物質的數量在可見物質數量的10到300倍之間變化。然而，幾年前，一個名為蜻蜓（Dragonfly ）44非常分散的天體的發現改變了這種觀點。人們發現，這個星系的暗物質是恆星的10,000倍。