没有了暗物质，星系还是否存在？

银河系插图（库存图片） 图片来源：stock.adobe

在一项新的自然天文学研究中，由加利福尼亚大学尔湾分校和波莫纳学院的天体物理学家领导的一个国际小组报告，当小星系与更大的星系相撞时，更大的星系可以剥离这些小星系的暗物质，这些暗物质是我们无法直接通过肉眼看到的，但天体物理学家们认为暗物质一定存在，因为没有了它的引力效应，人们无法解释星系中恒星的运动。

这是一种有可能解释星系在没有暗物质的情况下是如何存在的机制——这曾经被认为是不可能的。

这一问题始于2018年，当时普林斯顿大学和耶鲁大学的天体物理学家夏尼·达涅利（Shany Danieli）和彼得·范多库姆（Pieter van Dokkum）观测到两个似乎不存在大部分暗物质的星系。

达涅利是最新研究的合著者之一，他说：“我们当时预期这两个星系会存在大量暗物质。说实话，这是很令人惊讶的发现，也是个尤其幸运的发现。”

范多库姆（van Dokkum）和达涅利（Danieli）在2018年的《自然》（Nature）论文和2020年的《天体物理学杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）论文中报告了这一幸运发现，这一发现使星系需要暗物质的范式陷入混乱，有可能颠覆天体物理学家所认为的星系如何工作的标准模型。

波莫纳学院的天文学教授豪尔赫·莫雷诺（Jorge Moreno）是这篇新论文的主要作者，他说：“过去40年来，人们一直认为星系就存在暗物质”，“特别是低质量星系明显具有更高的暗物质水平，这使得达涅利的发现震惊了学界。对我们许多人来说，这意味着我们需要对暗物质如何帮助星系的生长有新的认识。”

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该团队利用电脑模型模拟了一个直径约6000万光年的宇宙从大爆炸发生不久之后一直到现在的演变。

研究小组发现了七个缺乏暗物质的星系。在与质量比它大1000倍的相邻星系发生多次碰撞后，它们的大部分物质被剥离，只留下恒星和一些残余的暗物质。

“这完全就是机缘巧合，”莫雷诺说，“当我记录下第一张图像的时候，我立马分享给了达涅利，并且邀请她一同加入到研究中。”

设计这套新模拟实验的是苏黎世大学的教授Robert Feldmann，他说：“理论工作已经表明暗物质缺陷星系应该是非常普遍的，特别是在高质量星系附近。”

UCI的天体物理学家、低质量星系专家詹姆斯·布洛克（James Bullock）（在论文中）描述了他和团队是如何建立模型的，他们在构造模型时没有要构造出缺乏暗物质的星系——这也让他们的模型更具说服力，因为其设计时没有预期最终的发现。布洛克说：“我们没有预设这样的互动”。

对于布洛克这样的研究人员来说，确认在一个有大量暗物质的宇宙中可以存在缺乏暗物质的星系是一种宽慰。布洛克的职业生涯和他在其中发现的一切都取决于暗物质是使星系运转的因素。

“观察到存在无暗物质星系让我有点担心。”布洛克说。“我们有一个经过几十年的努力发展而成的成功模型，在这个模型中，宇宙中的大部分物质都是暗物质的。大自然却好像总是会愚弄我们。”

但是，莫雷诺说，“也不必摆脱标准的暗物质范式。”

既然天体物理学家知道了星系如何失去暗物质，莫雷诺和他的合作者们希望这些发现能启发研究人员在夜空中寻找现实世界中的大质量星系，他们可能正在从较小的星系中剥离暗物质。

银河系 图片来源：pixabay

“这还不能说明丢失暗物质的模型是正确的，”布洛克说。“只有观察到和我们预测的频率和一般特性都相似的现象，才算是通过了一次真正的测试。”

作为这项新研究的一员，拥有土著血统的莫雷诺获得了切诺基领导人的许可，为模拟中发现的七个无暗物质星系命名，以纪念切诺基七个家族：小鸟氏族、天空族、鹿族、长发族、红漆家族、野生马铃薯氏族和狼族。

莫雷诺说：“我感到和这些星系产生了共鸣。”他补充说，正如更大的星系剥夺了较小星系的暗物质一样，“许多土著血统的人被夺去了原本的文化。但我们的核心仍然存在，并仍在蓬勃发展。”

这项工作的经费来自美国国家科学基金会，对莫雷诺的休假支持来自波莫纳学院以及Harry和格雷斯斯梯尔基金会。而达涅利由美国宇航局通过哈勃研究基金会颁发了HST-HF2-51454.01-A奖，该荣誉隶属于空间望远镜科学研究所，由天文学研究大学协会根据NASA合同NAS5-26555运营。其他合作者包括来自UCI的弗朗西斯科·梅卡多（Francisco Mercado）、考特尼·克莱因（Courtney Klein）和扎卡里·哈芬（Zachary Hafen）。

翻译：仇艳菲

审校：董子晨曦

引进来源：加利福尼亚大学（尔湾）

本文来自：中国数字科技馆

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