不含任何暗物质,这些星系是怎么诞生的?
2022-06-23 16:55

不含任何暗物质,这些星系是怎么诞生的?

本文来自微信公众号:Nature Portfolio (ID:nature-portfolio),作者:Elizabeth Gibney,头图来自:NASA


天文学家认为,没有暗物质的引力无法产生星系。因此一个不含这种神秘物质的星系——原因不明——是个惊人的发现。在5月18日发表在《自然》的一篇论文[1]中,天文学家说他们可能观察到了一个这样的系统:一系列11个星系,不含任何暗物质,或在同一次古老碰撞中所产生。但许多同行对此并不信服,认为这一说法不过是个假设。


哈勃拍摄到一组不寻常的星系图像:它们似乎没有暗物质。来源:NASA/ESA/P. van Dokkum, Yale Univ


这类系统可以用来了解星系的形成和暗物质的性质。“如果真是这样,这对星系形成无疑是个激动人心的发现。但目前尚无定论。”西班牙巴塞罗那大学的天文学家Chervin Laporte说。


这一发现围绕着耶鲁大学的Pieter van Dokkum和合著者在2018和2019年发现的两个星系。它们的恒星移动极为缓慢,不需要暗物质拉动来解释它们的轨道,因此研究团队的结论是这些星系中不含暗物质。这一发现很有争议,因为这两个名为DF2和DF4的星系似乎很稳定,与仅有的其他已知不含暗物质的星系颇为不同,后者很新而且短寿,产生于更大、暗物质被邻居剥离的星系。DF2和DF4如何诞生还是一个谜。


蛛丝马迹


在最新一篇论文中,van Dokkum团队不仅将这两个不寻常的星系联系起来,还说它们的特性符合在80亿年前一次高速碰撞中形成,这次碰撞还催生了更多此类结构。Dokkum说:“这一个答案可以解释关于这些星系的诸多怪事。”


研究团队借用的场景,起先来自用于解释星系团之间大规模碰撞独特特征的模拟。研究者认为,两个原生星系当头撞上时,它们的暗物质和恒星会彼此擦肩而过;暗物质不会互相作用,恒星则相距太远不会撞上。但随着暗物质和恒星加速,两个星系恒星的宇宙气体会撞在一起,压缩并减速,留下物质的痕迹,以后形成新的没有暗物质的星系。


接下来,研究者寻找在DF2和DF4之间的这类星系。他们识别出3-7个新的候选无暗物质星系,以及两端奇怪、暗淡的星系,可能是最初星系的暗物质和恒星残余。van Dokkum 说:“一旦你知道要找什么,它就在你眼皮子底下闪闪发光。”


如果这一图景证明属实,这将帮助天文学家理解暗物质的行为,了解星系能够形成的环境。中国浙江大学的天文学家Go Ogiya说,这类星系碰撞或可作为一种“新实验室”,以理解暗物质是否与自身发生作用。


悬而未决


耶鲁大学天体物理学家Priyamvada Natarajan说,尽管van Dokkum的模型说得通,但它描述的星系形成方式只是诸多可能之一。不过这很有意思,而且关键是这个假设可以检验。她不是van Dokkum研究团队成员。


英国萨里大学的天文学家Michelle Collins说,测量候选星系的精确距离和速度,能证实它们在同一系列里,而不只是刚好沿同一视线存在。“在我看来,这是不是真的同一系列还是个悬而未决的大问题。”


Laporte补充说,天文学家还需要测量系列末端“幽灵星系”(可能的原初星系)的质量,以检验它们是否如模型所预测的那样含有许多暗物质。


其他人则质疑是否需要这么新奇的解释才能理解此现象。西班牙加那利群岛天体物理研究所的天文学家Ignacio Trujillo带领的研究团队提出,DF2和DF4离地球的距离比van Dokkum的测量结果要近,因此含有的暗物质比看上去要多。


马里兰州空间望远镜研究所的Mireia Montes说,天文学家还需要看到可靠的模拟,表明van Dokkum的团队描述的场景有道理。“目前来看这里还有大量假设,但未得到任何模拟的支持。”她说。


参考文献:

1. van Dokkum, P. et al. Nature 605, 435–439 (2022).


本文来自微信公众号:Nature Portfolio (ID:nature-portfolio),作者:Elizabeth Gibney

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