首次發現幾乎無暗物質填充的幽靈星系,挑戰宇宙物質之謎

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 29 日 12:17 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

暗物質雖然從未被科學家觀測到,但現有理論認為暗物質應該就潛伏在普通物質周圍,且兩種物質之間的相互作用是星系形成關鍵因素。因此,當天文學家首次找到一個幾乎沒有暗物質填充的星系時,代表星系誕生假設遭遇挑戰,暗物質似乎不是星系形成的必要條件。



暗物質是物質的一種形式,因不與光相互作用而得名,它們平常無影無形,只有在與普通物質之間的重力效應下才能被辨別,雖然科學家迄今為止不曾真正找到這種理論上的物質。但也是這種看不見的物質其質量至少占了宇宙質量 80%,且在銀河系演化中發揮關鍵作用,細看銀河系的話,暗物質比普通物質多約 30 倍,而其他矮星系的暗物質更可能比普通物質多出 400 倍。

重力是質量的產物,而重力越大,圍繞在四周的物體就需要更快速移動以免被重力捲入中心,因此恆星與星系移動的速度應與其質量成正比。天文學家在 1970 年代曾研究包括銀河系在內的大型螺旋星系,探討當恆星距離星系中心遠近不同時,其軌道運動速度是否也跟著變快變慢。

但科學家驚訝發現,位在星系邊緣的恆星其軌道速率並未如預期般隨著距離增加而減慢,或說若以它們含有的可見物質下去計算,則速度還變快,也因此,科學家開始相信星系內一定充滿了暗物質。

但「NGC 1052-DF2」星系就像幽靈一樣蔑視了這項規則。論文第一作者耶魯大學天文學家 Pieter van Dokkum 領導的團隊注意到星系內有 10 個緊湊明亮的球狀星團,代表可以藉由這些球狀星團的運動測量出星系質量。

利用凱克天文台(W. M. Keck Observatory)望遠鏡收集的光譜數據發現,球狀星團的移動速度比預期慢得多,每小時僅 37,000 公里,看起來基本上就像靜止不動,而一個星系中的物體移動速度越慢,代表該系統質量越小。其他望遠鏡計算表明,星系總質量幾乎都來自恆星質量,代表 NGC1052-DF2 星系中幾乎沒有暗物質存在。

NGC 1052-DF2 星系大小與銀河系差不多,但恆星數量少了將近 200 倍,歸類上屬於「超稀疏星系(ultra-diffuse galaxy,縮寫 UDG)」,這是一種於 2015 年才首度發現且極常見的星系,目前並沒有發現這類星系缺乏暗物質的其他例子。

研究人員有幾點推論來解釋這星系的暗物質缺失:第一,NGC 1052-DF2 星系位於由大型橢圓星系 NGC 1052 主導的星系群附近,而數十億年前,這個羽翼未豐的巨大橢圓星系可能在成長過程中因某種原因導致 NGC1052-DF2 星系缺失暗物質。

另一個想法是,NGC 1052-DF2 星系內經歷過一場災難性事件,將所有氣體與暗物質清除掉,並阻止新恆星形成。這些可能性都只是推測,且也不能解釋星系所有特徵,新論文發表在《自然》期刊。

(首圖來源:耶魯大學