不含暗物质的星系首次被发现 或颠覆暗物质定义

  • A+
发布日期:2018年03月29日 所属分类:天文

3月29日凌晨,一个美国、加拿大、德国联合团队在最新一期《自然》杂志上宣布,他们发现了一个几乎不存在暗物质的星系。主导该项研究的耶鲁大学天文学家彼得·范·多克姆(Pieter van Dokkum)表示,该发现改写了宇宙的游戏规则,挑战着以往的星系演化理论。

根据之前成型的宇宙构建理论,暗物质从星系诞生时就存在,与可见物质如影随形,在NGC 1052-DF2星系之前,科学家从未发现过不存在暗物质的星系。这项研究结果显示,暗物质可以独立于星系存在,这一观测结果坐实了暗物质理论。

不含暗物质的星系首次被发现 或颠覆暗物质定义

图为NGC 1052-DF2星系,经过科学家的观测计算,该星系几乎不含暗物质。

迄今为止物理学家还不太了解暗物质。对于暗物质是由什么组成的、单一粒子有多重,或者说暗物质是如何形成的,物理学界尚无定论。也没有人能够在地球上捕捉到暗物质粒子。

但是经过30多年的天文观测,大多数研究人员都认同的事实是:宇宙中有很多暗物质。天体物理学家认为暗物质在整个宇宙中占据主导地位,其总量甚至是普通物质的五倍。由于星系旋转得太快,如果没有额外的暗物质存在,根据现有的物理定律来说这些星系就会塌缩。例如银河系的旋转速度很快,所以它必须包含比普通物质多30倍的暗物质。实际上,天文学家曾研究过的每个星系都含有暗物质。

但现在,天体物理学家似乎发现了一个没有暗物质的星系。

一个由天体物理学家组成的国际团队已经发现了一个距地球6500万光年的星系,其包含的暗物质数量很少,甚至可以说这个星系根本没有任何暗物质。在得出这个结论的过程中,科学家测量了该星系中10个球状星团的旋转速度,据悉每个球状星团中包含数以百万计的恒星。他们的测量显示,这个星系的恒星可以处理自身的旋转速度。耶鲁大学天体物理学家皮耶特·范·多克姆(Pieter van Dokkum)指出,与其他同样亮度的星系相比,“它的暗物质比我们预期的要少400倍”。

不含暗物质的星系首次被发现 或颠覆暗物质定义

位于夏威夷岛莫纳克亚山的凯克天文台帮助科学家发现了一个几乎没有暗物质的星系。

多克姆指出,这种现象很奇怪。虽然其不能颠覆科学家对星系形成的理解,但完全可以改变天体物理学家对暗物质的定义。目前来说,科学家认为星系形成于一团团的暗物质,恒星也只能在原有的暗物质基础上形成。哥伦比亚大学的天体物理学家耶利米·奥斯特克(Jeremiah Ostriker)指出,“星系的形成是暗物质不断积累的过程,然后普通的气态物质落入暗物质云团,逐渐演化成恒星,然后再形成星系。”

多克姆指出:“矛盾的是我们找到了一个没有暗物质的星系,这就像找到一个没有骨架的身体。它到底是怎么形成的?如何形成了一个没有暗物质的星系?”

加州大学欧文分校天体物理学家詹姆斯·布洛克(James Bullock)说,现在推翻原有理论还为时过早。他指出,这个名为NGC1052-DF2的星系正在围绕另一个星系旋转。他说,这个星系可能与其他星系一样曾经有很多暗物质,而邻近的星系则将暗物质带走了。

想象一下,你完全可以把暗物质当成分散粒子的集合这个过程,你可以将暗物质形象化为单个粒子的集合。当然,暗物质并不像普通物质,一样能够聚集成恒星和行星。布洛克说:“最好把它看成是一种流体,就像一片黑暗的海洋。”主流的暗物质理论预测,这些“海洋”流体粒子在太空中围绕星系运动,就像彗星围绕太阳飞行一样。布洛克认为,随着暗物质粒子到达其轨道的顶端,来自邻近星系的力量可能会将其带走。

不含暗物质的星系首次被发现 或颠覆暗物质定义

图为被科学家们戏称为“透明星系”的NGC 1052-DF2星系。

奥斯特克则表示,下一步是要弄清楚这个星系是个例还是常态。如果天体物理学家发现更多类似的星系,他们将不得不修改他们关于暗物质的现有理论。目前的主流理论——暗物质由所谓的弱相互作用大质量粒子(WIMP)构成,每个粒子都比质子稍重——无法解释星系中没有暗物质存在的现象。

布洛克说,如果当前的理论是错误的,那么这也会影响到捕捉地球上暗物质粒子的实验策略。诸如南达科他州的LUX-ZEPLIN实验,意大利的XENON1T实验以及华盛顿的ADMX实验等都在试图找出暗物质到底是由什么构成的,他们希望通过天文观测来指导探测器设计。 LUX-ZEPLIN和XENON1T都使用液体氙来寻找弱相互作用大质量粒子。 ADMX寻找另一种称为Axion的暗物质候选对象,它比WIMP更轻,并且需要使用不同类型的检测器。

多克姆和他的团队计划继续寻找类似的星系——或者任何其他奇怪的事物来挑战当前对暗物质的理解。 2016年,他们曾发现一个旋转速度非常快的星系,据此推断其暗物质含量高达99.99%。 “这个星系是相反方向上的一个惊喜,”他说。同样,他们也不知道这个星系是如何形成的。

他们希望这些奇怪的星系能够帮助像奥斯特克和布洛克这样的理论家更好地理解暗物质是什么。 多克姆表示:“我们对暗物质知之甚少,所以任何新的理论都是受欢迎的。”(致知网-ZILLIOR综合编辑配图)

weinxin
致知微信公众号
扫描或长按识别二维码,订阅致知公众号。点击下方多彩标签,继续浏览你感兴趣的专题。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: