宇宙中的神秘“云”:一颗难以捉摸的矮星系挑战暗物质理论

葫芦科普 2024-02-05 23:27:51

当我们仰望夜空,看到的是闪烁的恒星、明亮的月亮和偶尔划过的流星。但是,这些只是宇宙中可见物质的一小部分,还有一些物质是我们的眼睛看不到的,它们被称为暗物质。暗物质是一种不发光、不反射、不吸收光的物质,它只能通过它的引力效应来间接探测。科学家们认为,暗物质占了宇宙质量的 27% 左右,而可见物质只占 4.9%。暗物质的存在和性质是现代物理学和宇宙学中最大的谜团之一。

近日,一颗名为 Nube 的矮星系引起了天文学家的注意,因为它的特征与暗物质的理论预测不符。矮星系是由数千至数十亿颗恒星组成的小型星系,它们比我们所在的银河系要小得多,也要暗淡得多。Nube 是一颗极端的矮星系,它的恒星分布非常稀疏,以至于它几乎不发光,就像一朵云一样。Nube 的西班牙语意思就是“云”,这个名字是由研究团队中一位天文学家的五岁女儿提议的。

Nube 的发现是一个意外的收获,它是在重新分析斯隆数字巡天(SDSS)的数据时被发现的。SDSS 是一个对夜空进行系统观测的项目,它收集了大量的天文数据,形成了最大、最详细的天文数据库之一。在这些数据中,研究人员发现了一个微小的异常,它就是 Nube。为了确认这个异常是否是一颗真正的星系,研究人员使用了两台强大的望远镜:西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜和西班牙拉帕尔马岛的加那利大型望远镜。他们对 Nube 拍摄了超深的多色图像,从而揭示了它的真实面貌。

Nube 是一颗非常奇特的星系,它的性质与我们对星系的常识相悖。首先,它非常暗淡,比大多数已知的矮星系暗淡 10 倍左右,甚至比一些星团还要暗淡。其次,它非常宽散,它的宽度比它拥有的恒星数量所应有的宽度大 10 倍以上。换句话说,它的恒星密度非常低,低到我们不知道它是如何保持在一起的。一般来说,星系的密度在核心处最高,向外递减,这是因为核心处的质量会产生足够的引力,将周围的恒星吸引在一起。但是 Nube 中的恒星密度在整个星系中几乎没有变化,这就是为什么它如此暗淡,也是为什么它如此稀疏。“根据我们现有的知识,我们不明白一颗具有如此极端特征的星系是如何存在的,”研究的首席作者、加那利群岛天体物理学研究所的天体物理学家米雷娅·蒙特斯在一份声明中说。她和她的团队对 Nube 的性质感到困惑,因为它无法用我们目前对宇宙的认识来解释。

通常,天文学家认为星系中的引力异常是由暗物质引起的。暗物质是一种不与光发生反应的物质,它的起源不明,但它却占了宇宙质量的绝大部分。暗物质的存在可以解释一些星系和星系团的奇怪现象,比如星系的旋转速度、星系团的质量分布、引力透镜效应等。然而,根据我们目前对暗物质的理解,它不应该有足够的量来解释 Nube 的不寻常特性。如果 Nube 中有大量的暗物质,那么它的恒星密度应该随着距离的增加而下降,而不是保持不变。这就意味着,Nube 可能是一种新型的暗物质的展示,或者是一种我们还不了解的物理过程的结果。

“有一种可能性很有吸引力,那就是 Nube 的不寻常特性向我们展示了构成暗物质的粒子具有极小的质量,”研究的合作者、加那利群岛天体物理学研究所的天体物理学家伊格纳西奥·特鲁希略在声明中说。如果这是真的,暗物质就是“量子物理性质的一种展示,但是在星系尺度上,”他补充说。“如果这个假设得到证实,它将是自然界最美丽的展示之一,将最小的世界与最大的世界统一起来,”特鲁希略说。

然而,这只是一种可能的理论,还有许多其他的解释,比如 Nube 是由于某种特殊的星系碰撞或者演化而形成的,或者它是一种我们还没有发现的新型的星系。为了揭开这个谜团,研究人员现在正在寻找类似的微弱星系,以及更多关于 Nube 的信息。他们希望能够用更精确的观测来确定 Nube 的距离、质量、年龄、化学成分等特征,从而更好地理解它的起源和性质。

“有可能,通过这颗星系,以及我们可能发现的类似的星系,我们可以找到一些额外的线索,这些线索将为我们理解宇宙打开一扇新的窗户,”蒙特斯说。她和她的团队相信,Nube 不仅是一颗神秘的星系,也是一颗珍贵的星系,它可能会带来一些突破性的发现,或者至少会让我们对宇宙有更多的敬畏和好奇。

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葫芦科普

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