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宇宙中的神秘「云」:一顆難以捉摸的矮星系挑戰暗物質理論
2024/02/07

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當我們仰望夜空,看到的是閃爍的恒星、明亮的月亮和偶爾劃過的流星。但是,這些只是宇宙中可見物質的一小部分,還有一些物質是我們的眼睛看不到的,它們被稱為暗物質。暗物質是一種不發光、不反射、不吸收光的物質,它只能通過它的引力效應來間接探測。科學家們認為,暗物質占了宇宙品質的 27% 左右,而可見物質只占 4.9%。暗物質的存在和性質是現代物理學和宇宙學中最大的謎團之一。

近日,一顆名為 Nube 的矮星系引起了天文學家的注意,因為它的特征與暗物質的理論預測不符。矮星系是由數千至數十億顆恒星組成的小型星系,它們比我們所在的銀河系要小得多,也要暗淡得多。Nube 是一顆極端的矮星系,它的恒星分布非常稀疏,以至于它幾乎不發光,就像一朵云一樣。

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Nube 的西班牙語意思就是「云」,這個名字是由研究團隊中一位天文學家的五歲女兒提議的。

Nube 的發現是一個意外的收獲,它是在重新分析斯隆數字巡天(SDSS)的數據時被發現的。SDSS 是一個對夜空進行系統觀測的項目,它收集了大量的天文數據,形成了最大、最詳細的天文數據庫之一。在這些數據中,研究人員發現了一個微小的異常,它就是 Nube。為了確認這個異常是否是一顆真正的星系,研究人員使用了兩台強大的望遠鏡:西弗吉尼亞州的綠岸射電望遠鏡和西班牙拉帕爾馬島的加那利大型望遠鏡。他們對 Nube 拍攝了超深的多[色.圖]像,從而揭示了它的真實面貌。

Nube 是一顆非常奇特的星系,它的性質與我們對星系的常識相悖。

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首先,它非常暗淡,比大多數已知的矮星系暗淡 10 倍左右,甚至比一些星團還要暗淡。其次,它非常寬散,它的寬度比它擁有的恒星數量所應有的寬度大 10 倍以上。換句話說,它的恒星密度非常低,低到我們不知道它是如何保持在一起的。一般來說,星系的密度在核心處最高,向外遞減,這是因為核心處的品質會產生足夠的引力,將周圍的恒星吸引在一起。但是 Nube 中的恒星密度在整個星系中幾乎沒有變化,這就是為什麼它如此暗淡,也是為什麼它如此稀疏。

「根據我們現有的知識,我們不明白一顆具有如此極端特征的星系是如何存在的,」研究的首席作者、加那利群島天體物理學研究所的天體物理學家米雷婭·蒙特斯在一份聲明中說。她和她的團隊對 Nube 的性質感到困惑,因為它無法用我們目前對宇宙的認識來解釋。

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通常,天文學家認為星系中的引力異常是由暗物質引起的。暗物質是一種不與光發生反應的物質,它的起源不明,但它卻占了宇宙品質的絕大部分。暗物質的存在可以解釋一些星系和星系團的奇怪現象,比如星系的旋轉速度、星系團的品質分布、引力透鏡效應等。然而,根據我們目前對暗物質的理解,它不應該有足夠的量來解釋 Nube 的不尋常特性。如果 Nube 中有大量的暗物質,那麼它的恒星密度應該隨著距離的增加而下降,而不是保持不變。這就意味著,Nube 可能是一種新型的暗物質的展示,或者是一種我們還不了解的物理過程的結果。

「有一種可能性很有吸引力,那就是 Nube 的不尋常特性向我們展示了構成暗物質的粒子具有極小的品質,」研究的合作者、加那利群島天體物理學研究所的天體物理學家伊格納西奧·特魯希略在聲明中說。如果這是真的,暗物質就是「量子物理性質的一種展示,但是在星系尺度上,」他補充說。「如果這個假設得到證實,它將是自然界最美麗的展示之一,將最小的世界與最大的世界統一起來,」

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特魯希略說。

然而,這只是一種可能的理論,還有許多其他的解釋,比如 Nube 是由于某種特殊的星系碰撞或者演化而形成的,或者它是一種我們還沒有發現的新型的星系。為了揭開這個謎團,研究人員現在正在尋找類似的微弱星系,以及更多關于 Nube 的信息。他們希望能夠用更精確的觀測來確定 Nube 的距離、品質、年齡、化學成分等特征,從而更好地理解它的起源和性質。

「有可能,通過這顆星系,以及我們可能發現的類似的星系,我們可以找到一些額外的線索,這些線索將為我們理解宇宙打開一扇新的窗戶,」蒙特斯說。她和她的團隊相信,Nube 不僅是一顆神秘的星系,也是一顆珍貴的星系,它可能會帶來一些突破性的發現,或者至少會讓我們對宇宙有更多的敬畏和好奇。

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