新星系演化模型證實,無暗物質填充的星系並不是異類

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 21 日 18:07 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


為了解釋如何讓宇宙順利運轉,理論表明所有星系都應有大量暗物質填充,然而這些年來科學家陸續發現幾個幾乎不存在暗物質的星系,嚴重挑戰宇宙運轉規則。所幸最近,一組團隊確認了無暗物質星系如何生存於包含大量暗物質的宇宙中──前者失去暗物質有跡可循。

暗物質雖然始終廬山不見真面目,但有許多線索可指路,第一個同時也是最早的證據為星系。觀測數據表明,星系外側旋轉速度比牛頓重力預期來得快,表明必須有數量龐大的質能拉住星系外側才不至於使星系分崩離析,自此暗物質站穩腳跟且再難與星系分開。模型表明暗物質凝聚成細絲並在密度較高的地方形成節點,這些節點反過來又吸引可見物質聚集以形成星系團,由於星系包含許多暗物質,後者便透過不斷合併塑造了星系團如今結構。

因此,很難理解一個星系不含暗物質。

然而 2018 年,科學家遇上極度尷尬的時刻:發現一個幾乎不存在暗物質的星系,名為 NGC 1052-DF2。由於 NGC 1052-DF2 星系位於由大型橢圓星系 NGC 1052 主導的星系群附近,當時研究團隊懷疑數十億年前,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。

另一個想法則是 NGC 1052-DF2 星系內部經歷過災難性事件,將所有氣體與暗物質清除掉,並阻止新恆星形成。

隔了一年,2019 年又有另一團隊發現第二個不含暗物質的星系,名為 NGC 1052-DF4(簡稱 DF4),證明 NGC1052-DF2 並非特例,宇宙中一定有超乎想像的無暗物質星系在等著挖掘。

新星系演化模型意外證實過去推論

最近加利福尼亞大學爾灣分校團隊原本想對星系演化進行新建模,該模型卻意外產生了 7 個幾乎沒有暗物質的星系,研究人員於是藉模型查看這些星系的演化過程,發現最一開始,這些無暗物質星系其實都是正常的小星系,暗物質也存在,但最終皆因與附近更大星系合併而被剝走暗物質。

簡而言之,這些小星系原本被吞沒了,但不知怎麼又帶著約一半恆星出現在另一邊,只是少了所有氣體與暗物質。

該理論證實了 2018 年團隊的想法,即相鄰星系之間碰撞會引發劫掠,體型較小的星系被這一撞可能只剩下一些恆星和殘留暗物質。

加利福尼亞大學爾灣分校團隊表示,這也說明缺乏暗物質的星系應該不只上述已發現的 2 個,尤其是大質量星系附近,宇宙中可能多達 30% 大質量星系都有無暗物質小星系。

天文學家又有新課題要忙起來了。研究論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:加利福尼亞大學爾灣分校

延伸閱讀: