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暗物质存在新证据:在古老星系中的表现有所不同

2019-1-25 9:08:46来源:新浪科技作者:叶子责编:骑士评论:

北京时间1月25日消息,据国外媒体报道,暗物质研究人员对这种物质仍然不甚了解,但如今他们至少知道了一点:暗物质在古老星系边缘处的表现与在新星系中有所不同。

暗物质是指宇宙中那些我们看不见的物质。它占了宇宙质量的大部分,但不会发出光线。不过,它们的引力可以作用于一切物体。宇宙中的全部物质都好像被一大团沉重的、看不见的东西拉扯着一样。但天文学家还不确定这种“东西”究竟为何物。

计算机模拟显示,当星系中有新恒星形成时,暗物质会从星系中央向外流出。这一结果与实际观测基本相符。

不过,今年1月3日发表在期刊《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的一篇新论文也许可以帮我们缩小该物质的可能范围。

科学家已知存在的大部分暗物质都位于所谓“光晕”、即星系内部的云团之中。但有一个问题:根据计算机模拟结果,这些暗物质核的表现并不符合它们应有的表现。

科学家在搭建暗物质光晕的行为模型时,这些结构通常会形成特定的形状:暗物质往往会在星系中央形成致密的球体,四周围绕着丝丝缕缕的暗物质。天文学家将其称为暗物质的“尖峰”(cusp)分布。但在现实中,许多星系的暗物质似乎都分布在星系外围,围绕着一个似乎并不存在暗物质的“内核”旋转。天文学家将这一差异称为“峰-核”问题(“cusp-core”problem)。

该问题有一个较为流行的解释,名叫“自相互作用暗物质模型”(SIDM),认为暗物质不仅完全超出了能被人类探测和理解的物理范畴,还会通过某种未知力量与自身发生相互作用。假如暗物质与自身互动的方式不同于其与普通物质之间的相互作用,便可以解释暗物质是如何从星系中央转移到边缘地带的。

但此次发表的新研究指出,这种解释也许把事情复杂化了。还有一种力也可以将暗物质从星系中央驱赶出去:暗物质加热。恒星形成过程中产生的能量与强风可以将暗物质吹离星系中央。但这一现象缺少直接证据,而且就算有证据,也不清楚这种加热机制是否足以解释暗物质分布模型与实际观测之间的差异。

不过这篇新论文提出,暗物质加热的确是正确的解释。

论文作者们研究了16个矮星系,它们可大致分为两类:一类星系早在数十亿年前就不再有新的恒星生成,而另一类星系停止产生恒星的时间较晚、或目前仍有恒星形成。

研究人员发现,年龄较大、活跃度较低的星系中往往存在暗物质尖峰,即中心区域分布有大量暗物质。而较活跃的星系中央则通常不存在暗物质。

这一新发现说明暗物质加热现象的确存在,并且在暗物质的行为表现中发挥了重要作用。很久之前便不再产生恒星的星系拥有的能量较少,无力将暗物质驱离星系中心。在这些情况下,暗物质的表现方式刚好与简单模型的预测相符。而在恒星形成更加活跃的星系中,加热现象更加频繁,因此其中暗物质的行为表现会与模型发生偏离。

假如这一发现正确,暗物质的可能范围便会因此缩小。不过缩小得也有限,因为这个范围本来就不大,它必须是一种能够被从含有许多新生恒星的星系中央吹出来的物质。该结果也许还意味着,科学家不必提出各种各样千奇百怪的暗物质性质、借此解释该物质的行为特征。

总之,目前科学家尚未达成定论。研究人员在论文中承认,他们用来模拟暗物质的方法遭遇了一些批评。宇宙中也许还存在其它星系,其中暗物质的分布可能介于“峰”与“核”之间,使局面进一步复杂化。

不过就目前而言,暗物质科学家们也算是找到了又一片证据。

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关键词:暗物质

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