圖說科學:通過宇宙中最小的星系來說明暗物質為什麼一定存在

2020-12-03 南城boywj

在整個宇宙中,星系和恆星團的大小和質量各不相同。(小型微弱的星系,例如此處顯示的Draco矮球狀星系,具有更多的暗物質在它們之中,相對於比大星系內部發現的正常物質而言。對於所有最小的星系來說,這是暗物質的最極端例子。)

雖然最明亮的星系總是最容易看到的,但是模糊的星係數量卻更多。(該NASA/ESA哈勃太空望遠鏡的圖像顯示了一個巨大的星系團PLCK-G308.3-20.2,發光的在黑暗中明亮地儘管最容易看到該星團中最大,最明亮的星系,但它們的數量遠不及較小,較暗的,光度低得多的結構,因此無法在該圖像中看到。總而言之,即使在哈勃太空望遠鏡的限制下,我們仍認為不到總星系的10%)

(矮星系UGC 5340正在不規則地形成恆星,這可能是由於引力相互作用引起的與未在此處顯示的同伴星系。在背景中可以看到許多其他星系,它們質量更大,但距離也更遠。)

即使在我們生活的星系小組中,也只有2~3個大星系,約60個矮星系和數百個球狀星團。(我們當地的星系群以仙女座和銀河係為主,但不可否認仙女座是最大的,銀河系是#2,三角網是#3,LMC是#4。也許還有其他60個較小的矮星系,數百個(如果不是成千上萬個)球狀星團和其他甚至更小的結構組成了我們宇宙的一角。)

只有恆星發出可見光,但是所有形式的物質都會發揮引力。(可以從可用的引力透鏡數據重建星系團的質量。大多數質量的發現不是在各個星系內部(此處顯示為峰值)而是在星團內部的星際介質中存在,暗物質似乎在那裡存在。如果沒有這個星系團中的暗物質,就無法解釋Refsdal超新星的時延觀測結果,也無法解釋該星團中星系的個體快速運動,這一觀測結果可追溯到1933年的弗裡茨茲維克(Fritz Zwicky)。)

今天已知的最小的星系是Segue 1和Segue 3。(整個矮星系Segue 1和Segue 3中只有大約1000顆恆星,它的重力質量為600,000太陽。環繞矮星Segue 1的恆星在這裡盤旋。如果新的研究是正確的,那麼暗物質將服從不同的分布,這取決於整個星系歷史上恆星形成是如何加熱了它。暗物質與正常物質之比約為3400:1,這是在暗物質偏愛方向上看到的最大比率。)

這兩個都是小的矮星系,佔據了銀河系銀河光環中的空間。它們的光都非常微弱:只有太陽光的數百分之一。(銀河系中心附近最近的球狀星團的地圖。球狀星團最接近銀河系中心的金屬含量比郊區的金屬含量高,但是測量這些團的3D運動可以使我們推斷出整個銀河系中存在的總質量。Segue 1和Segue 3是否最好歸類為微弱的球狀星團或非常小的星系,仍存在爭議。)

它們只有不超過1000顆恆星,分布在太空中僅幾個光年,是當今已知的最極端的星系。(矮星系NGC 5477是許多不規則矮星系之一。藍色區域表示新星的形成,但是許多這樣的星系在數十億年中都沒有形成新星。必須了解星系的整個歷史記錄和該歷史記錄的屬性,以確定它們如何到達其當前配置。)

但是我們可以跟蹤內部各個恆星的運動,從而推斷出每個星系的總質量。(許多附近的星系,包括本地群的所有星系(大部分聚集在極端星系左),顯示它們的質量與速度色散之間的關係,表明存在暗物質。NGC 1052-DF2是第一個已知的似乎僅由正常物質組成的星系,後來在2019年早些時假由DF4加入。然而,像Segue 1和Segue 3這樣的星系很高,並且聚集在該星系的左側圖表;)

Segue 1保持了最高記錄,僅星體中的約175個太陽質量就需要600,000個太陽質量。(矮星系,就像這裡所成像的那樣,比正常星系具有5比1的暗物質要多得多的物質比率,因為恆星形成的爆發已經E散了許多正常物質)

恆星形成可以噴射出多餘的正常物質,這解釋了為什麼內部看不到氣體。(當宇宙大小相似的星系發生重大合併時,它們會在形成新的恆星其中存在氫氣和氦氣。這可能導致恆星形成的速率大大增加,類似於我們在距離恆星3000萬光年的附近的恆星2-10星系中觀測到的情況。如果這些物體的臺體引力不足以掛在不會形成恆星的物質上,則由於這些恆星形成的爆發而將其排出。)

所有的引力必須來自某個地方。而且只有暗物質的解釋才完全合適。(這個龐大的,模糊的星系是如此分散,天文學家稱其為「透明"星系因為他們可以清楚地看到其背後的遙遠星系。分類為NGC 1052-DF2的幽靈天體被認為不含暗物質,只能與存在暗物質的宇宙中的Segue和Segue 35星系並存,但是星系的形成歷史可以以不同的方式發生。)

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    當你讀這篇文章時,大概每秒鐘有一百萬個暗物質粒子穿過你的身體。人們看不見它們,因為它們不發光,不帶電荷,與原子物質的相互作用也很小。暗物質沒有電磁場,這意味著它們很難被任何傳統的科學測量設備探測到。但人們知道它們存在,因為如果它們不存在,就無法解釋宇宙的結構。暗物質是誰最先發現的?
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  • 為什麼說暗物質如果不存在,人類就無法解釋宇宙的結構
    當你讀這篇文章時,大概每秒鐘有一百萬個暗物質粒子穿過你的身體。人們看不見它們,因為它們不發光,不帶電荷,與原子物質的相互作用也很小。暗物質沒有電磁場,這意味著它們很難被任何傳統的科學測量設備探測到。但人們知道它們存在,因為如果它們不存在,就無法解釋宇宙的結構。暗物質是誰最先發現的?
  • 這個星系,沒有暗物質
    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。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?
  • 暗物質是什麼?宇宙中真實存在嗎?如果人類掌握暗物質會怎樣?
    在隨後的幾十年中,多位天文學家以及天體物理學家都對宇宙是否存在暗物質進行了研究,通過對宇宙中各星系團的研究,並且通過很高精度的光譜測量技術對星系團邊緣星體的運動速度和距離進行測量,發現那些星體的運動速度是恆定的,而通過牛頓的萬有引力定律,那些星體因為遠離星系內核,受星系內核引力的影響,運動速度應該是越來越慢的。
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  • 暗物質的秘密:存在還是不存在?
    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。暗物質是什麼?暗物質是一種神秘的物質,它不與任何形式的電磁輻射(即光)相互作用。它不會輻射光,光也不會反射回來。儘管我們從未直接探測到暗物質,但大量證據證明了它的存在。
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  • 主流科學認為暗物質是構成宇宙質量85%的神秘物質,它存在嗎?
    暗物質是什麼? 科學家在大量天文學觀測中發現了疑似違反牛頓萬有引力的現象,這時科學家提出了暗物質的理論,暗物質是可能存在於宇宙中的一種不可見的物質,它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬於構成可見天體的任何一種已知的物質。
  • 主流科學認為暗物質是構成宇宙質量85%的神秘物質,它存在嗎?
    暗物質是什麼?科學家在大量天文學觀測中發現了疑似違反牛頓萬有引力的現象,這時科學家提出了暗物質的理論,暗物質是可能存在於宇宙中的一種不可見的物質,它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬於構成可見天體的任何一種已知的物質。在假設暗物質存在的前提下,科學家對於觀測到的天文學現象,能夠很好地加以解釋。
  • 暗物質的希望?人類利用銀河系「反推」暗物質的存在!
    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。暗物質是科學家猜想的一種未被證實的物質,而這種物質的存在可以解釋許多我們無法解釋的現象,但是暗物質始終未能被觀測到。近日,科學家計劃利用銀河系來反推暗物質的存在,暗物質真的會被觀測到嗎?
  • 最小暗物質團塊科學家發現,暗物質真的存在嗎?或許事實並非如此
    宇宙在無限的膨脹之中,而且根據現在科學家的研究發現,這種大膨脹在加速之中。根據科學家的研究,宇宙大膨脹和我們以往以往的理論,相互之間完全違背,似乎有一種力量在加速宇宙的膨脹速度。另外星系之間的引力,完全無法拉住恆星、行星的離心力,但是星系依然存在,並且我們人類就在銀河系中存在。
  • 宇宙中的暗物質找不到,科學家又想出了「熱暗物質」模型!
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    但哈勃觀測到的(星系)都是遠離我們而去的,這說明宇宙是膨脹的。這個觀測證據,讓愛因斯坦意識到他犯了一個錯誤。曹瑧:這就是哈勃最重要的發現,是大爆炸理論學說裡最重要的一個觀測證據。吳寶俊:之所以叫背景輻射,是說炸完了之後,在茫茫宇宙中普遍會存在殘骸;同時它是一種輻射,叫微波背景輻射,說明波段是在微波波段。微波波段的宇宙大爆炸的殘骸作為背景,叫微波背景輻射。
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    暗物質在調皮搗蛋?天文學家們,試圖從各種觀測角度,去挖掘真相。但實際測繪到的,有關於它的實際亮度,不僅遠遠少於我們的銀河系,從某一角度也佐證了恆星稀少的事實。而在該星系中,科學家們觀測到星系中大部分的恆星,其移動速度遠遠超越了天文物理學家模型中的估算值,通過它們的移動軌跡,天文學家們,就能粗略估算出這星系龐大的質量!