2.5億光年外,天文學家發現一詭異星系!內部竟沒有暗物質

儘管宇宙中的天體質量如此之大,但它們的總質量,僅僅佔據了整個宇宙極小的一部分。 在宇宙中,可見物質所占的質量只有差不多15%,其餘大約85%的部分,都被另一種神秘的物質所佔據,那就是暗物質。

(圖片說明:暗物質佔據了宇宙大部分的質量)

暗物質的確非常詭異,除了引力之外,它不和可見物質有任何相互作用,包括電磁波。這意味著,我們不僅無法用肉眼看到它,甚至不能用任何手段觀測。

然而,這些暗物質又是真實存在的。天文學家們對遙遠的星系進行觀測後發現,它們本身的質量所產生的引力,不足以讓內部的恒星以現在這樣的速度公轉。因此,必然有一種未知的引力源在束縛著這些恒星。而我們又看不到這個引力源,可見這就是傳說中的暗物質。

另外,天文學家們還能夠利用 引力透鏡效應 驗證暗物質的存在。如果一個星系對背景天體的光年扭曲程度超過了可見物質所產生的水準,也能說明其中存在暗物質。

(圖片說明:星系中恒星公轉規律隨距離的變化,理論和實際觀測有較大的偏差)

迄今為止,天文學家們觀測到的宇宙星系不計其數,其內部的暗物質比例也不盡相同。但是它們內部或多或少,都有一些暗物質。

直到天文學家們觀測到了一個名為 AGC 114905 的星系,他們也迷惑了。他們對這個星系觀測了整整40個小時,最後得出的結論是:這裡竟然沒有暗物質!

實際上,在多年以前,天文學家就已經發現了宇宙中一些極其缺乏暗物質的星系了。在2019年的時候,荷蘭格羅寧根大學的天文學家Pavel Mancera Pia和他的同事們就發表了一篇論文,提及了6個可能沒有暗物質的星系,AGC 114905就是其中之一。

(圖片說明:AGC 114905)

天文學家對于「可能」這兩個字是不滿足的,他們希望進一步觀測,確認這個猜想,AGC 114905就是他們選擇的深入觀測物件。

AGC 114905屬于超彌散矮星系中的一個,距離我們2.5億光年。 它的大小和我們的銀河系相仿,但亮度卻非常低,也就是說恒星數量非常少。根據他們的觀測,它的恒星數量只有銀河系的1/1000左右,密度只有銀河系的千分之一。

按照常理推斷,既然這麼稀疏的恒星能夠被束縛在一起,那麼提供額外引力的就應該是暗物質。可就像2019年的研究中提到的那樣,這裡可能沒有暗物質。

為了驗證這個星系的暗物質有多少,研究人員利用位于美國新墨西哥州的美國國家射電天文觀測台的超大望遠鏡陣列進行了仔細的觀測,時間長達40個小時。

(圖片說明:超大望遠鏡陣列)

隨後,他們繪製了這個星系的旋轉曲線,具體來說,就是描繪距離星系核心處不同位置的恒星的公轉速度。根據目前觀測到的恒星數量,天文學家可以推測出理論上的旋轉曲線。如果這裡有暗物質,那麼週邊的恒星公轉速度會比理論上更快一些,這也就是當初天文學家證明暗物質存在的理論。

結果正如最初研究的那樣, AGC 114905的旋轉曲線僅僅利用可觀測的天體就能夠很好地解釋,並不需要暗物質提供額外的引力 。也就是說,這個星系幾乎沒有暗物質,或者說它的暗物質比例已經小到可以忽略不計了。

(圖片說明:沒有暗物質的星系非常罕見)

Mancera Pia說:「當然,這是我們設想並預期的結果,因為這印證了我們此前的觀測。然而問題在于:理論上AGC 114905中就應該有暗物質,然而我們的觀測表明那裡並沒有。事實上,理論和觀測之間的差距反而變得更大了。」

沒有暗物質就沒有唄,這有什麼問題嗎?

有。根據現有的理論,暗物質不僅僅在星系形成後束縛住了星系內部的恒星,更是在星系出現之前就為星系的形成提供了基礎。天文學家認為,在宇宙早期,正是局部空間暗物質比較密集形成了巨大的引力,吸引了可見物質的靠近,從而在這裡形成了星系。按照這個說法,星系內就應該是有暗物質的。

(圖片說明:暗物質對于星系的形成來說至關重要)

那麼,AGC 114905內部的暗物質去哪了呢?研究人員推測,大概有以下幾種可能——

可能AGC 114905附近有一個更加巨大的星系,憑藉強大的引力把它的暗物質都吸收掉了,比如一個 NGC 1052-DF4 的星系就是這樣,然而天文學家們並沒有在AGC 114905周圍發現這樣的星系。

也可能是研究人員對星系的距離計算出現了偏差,這也會導致天文學家計算出來的暗物質質量有所變化。但這種情況也不太可能,因為關于這個星系的距離,天文學家計算得還是比較準確的,不會有太大的偏差。

(圖片說明:遙遠的星系)

還有一種可能,那就是天文學家觀測的角度不符合預期。這是比較有可能的原因,但這樣的偏差需要很大的級別才可以,否則是不足以解釋暗物質確實的問題的。Mancera Pia表示,在2019年分析的6個星系中,都或多或少地表現出了可能的趨勢。

這些猜想都沒有得到證實,研究人員還需要更多的時間。目前,他們已經著手對第二個星系進行觀測,或許能夠發現一些新的資訊。

不論是暗物質還是這些超彌散星系,都深深地吸引著天文學家。或許在對這些天體進行研究之後,他們能夠找到更多關于宇宙早期的秘密。

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