新研究证明矮星系DF2只有极少的暗物质

2021年06月18日 14:42 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,暗物质被认为是将星系粘合在一起的粘合剂--但几年前,一组天文学家声称发现了一个不存在暗物质的星系。后来,其他科学家认为这是计算错误,但现在,最初的团队使用哈勃进行了更为可靠的观察并证实了他们的发现。

据悉,这项新研究展示了科学方法的作用。2018年,耶鲁大学的一个天文学家团队宣布发现了DF2,这是一个似乎没有暗物质或至少只拥有非常少的暗物质的矮星系。这提出了一个新的问题,即如果没有这种关键的粘合剂将星系粘合在一起,那么星系是如何形成的。

第二年,一个独立的团队检查了耶鲁大学团队的工作并进行了自己的分析,结果得出的结论是DF2含有正常数量的暗物质。现在,最初的研究小组已经对该星系进行了更详细的研究并表示他们第一次是对的--DF2缺乏暗物质。那么这里到底发生了什么呢?

这里的矛盾可归结为距离。所有星系暗物质含量的测量都取决于该星系与地球的距离,这是两个团队争论的主要不同点。

根据表面亮度波动测量的恒星光分布的变化,最初的研究称DF2距离我们约6400万光年。由此他们可以推断出星系的质量并发现可见的恒星几乎占了全部的质量。这完全没有给暗物质留下“空间”。

但在第二项研究中,西班牙加那利亚斯研究所(IAC)的天文学家将这一距离修正为仅4200万光年。他们使用了五种不同的方法得出了这个数字,结果发现该星系可能更近,不过包含的恒星更少。考虑到这一点,当该星系被重新检查时,发现其恒星只占了其质量的约1/4,这表明物质跟暗物质的比例正常。

现在,最初的耶鲁团队已经重新开始,他们收集了更多的数据以试图更准确地测量DF2的距离和暗物质含量。天文学家利用哈勃望远镜传回的40个轨道的数据来用较长的曝光时间拍摄了该星系的图像以此获取更深入的视角。

具体来说,该团队关注的是DF2外围的红巨星。这些老化的恒星有一个固有的亮度,其让天文学家可以通过测量它们的表观亮度来确定它们离我们有多远。这种技术被称为红巨星分支(TRGB),这被认为是最精确的方法之一。

耶鲁大学的研究人员表示,TRGB技术不仅证实了他们最初的发现,即DF2只有很少的暗物质,而且修正后的距离是约7200万光年--甚至比他们之前的估计还要远。

根据他们的计算,DF2的大小几乎跟银河系一样,但它的散射性要大得多,只有0.5%的恒星和最多0.25%的暗物质。

然而这个故事还有另一个不寻常的地方。TRGB方法是IAC团队用来得出星系更接近的结论的方法之一。这两个团队如何得出截然不同的结果还有待观察,这可能为进一步的争论留下了余地。

如果DF2确实是暗物质的光,那么它将对宇宙学产生重大影响。首先,它可能是证明这一规则的例外--如果暗物质仅仅是一个数学上的误解,就像已经提出的那样,那么同样的错误应该均匀地适用于观测到的每个星系。发现一个碰巧含有少量暗物质的星系为暗物质是一种可以以不同数量存在的物理物质提供了证据。

然而这引发了其他问题。暗物质的引力被认为是星系形成的关键,那么没有暗物质的DF2是如何形成的呢?最近的一项研究提出了一种解释:DF2和DF4--一个邻近的也很轻的矮星系--可能由于附近一个更大星系的潮汐力而使它们的暗物质被剥离掉。

研究人员表示,未来的研究应该集中在寻找其他缺乏暗心的星系上,这将可能有助于解开谜团。

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