新研究證明矮星系DF2隻有極少的暗物質

據媒體報導,暗物質被認為是將星系粘合在一起的粘合劑–但幾年前,一組天文學家聲稱發現了一個不存在暗物質的星系。後來,其他科學家認為這是計算錯誤,但現在,最初的團隊使用哈勃進行了更為可靠的觀察並證實了他們的發現。

新研究證明矮星系DF2隻有極少的暗物質

據悉,這項新研究展示了科學方法的作用。2018年,耶魯大學的一個天文學家團隊宣布發現了DF2,這是一個似乎沒有暗物質或至少只擁有非常少的暗物質的矮星系。這提出了一個新的問題,即如果沒有這種關鍵的粘合劑將星系粘合在一起,那麼星系是如何形成的。

第二年,一個獨立的團隊檢查了耶魯大學團隊的工作並進行了自己的分析,結果得出的結論是DF2含有正常數量的暗物質。現在,最初的研究小組已經對該星系進行了更詳細的研究並表示他們第一次是對的–DF2缺乏暗物質。那麼這里到底發生了什麼呢?

這里的矛盾可歸結為距離。所有星系暗物質含量的測量都取決於該星系與地球的距離,這是兩個團隊爭論的主要不同點。

根據表面亮度波動測量的恆星光分布的變化,最初的研究稱DF2距離我們約6400萬光年。由此他們可以推斷出星系的質量並發現可見的恆星幾乎占了全部的質量。這完全沒有給暗物質留下「空間」。

但在第二項研究中,西班牙加那利亞斯研究所(IAC)的天文學家將這一距離修正為僅4200萬光年。他們使用了五種不同的方法得出了這個數字,結果發現該星系可能更近,不過包含的恆星更少。考慮到這一點,當該星系被重新檢查時,發現其恆星只占了其質量的約1/4,這表明物質跟暗物質的比例正常。

現在,最初的耶魯團隊已經重新開始,他們收集了更多的數據以試圖更准確地測量DF2的距離和暗物質含量。天文學家利用哈勃望遠鏡傳回的40個軌道的數據來用較長的曝光時間拍攝了該星系的圖像以此獲取更深入的視角。

新研究證明矮星系DF2隻有極少的暗物質

具體來說,該團隊關注的是DF2外圍的紅巨星。這些老化的恆星有一個固有的亮度,其讓天文學家可以通過測量它們的表觀亮度來確定它們離我們有多遠。這種技術被稱為紅巨星分支(TRGB),這被認為是最精確的方法之一。

耶魯大學的研究人員表示,TRGB技術不僅證實了他們最初的發現,即DF2隻有很少的暗物質,而且修正後的距離是約7200萬光年–甚至比他們之前的估計還要遠。

根據他們的計算,DF2的大小幾乎跟銀河系一樣,但它的散射性要大得多,只有0.5%的恆星和最多0.25%的暗物質。

然而這個故事還有另一個不尋常的地方。TRGB方法是IAC團隊用來得出星系更接近的結論的方法之一。這兩個團隊如何得出截然不同的結果還有待觀察,這可能為進一步的爭論留下了餘地。

如果DF2確實是暗物質的光,那麼它將對宇宙學產生重大影響。首先,它可能是證明這一規則的例外–如果暗物質僅僅是一個數學上的誤解,就像已經提出的那樣,那麼同樣的錯誤應該均勻地適用於觀測到的每個星系。發現一個碰巧含有少量暗物質的星系為暗物質是一種可以以不同數量存在的物理物質提供了證據。

然而這引發了其他問題。暗物質的引力被認為是星系形成的關鍵,那麼沒有暗物質的DF2是如何形成的呢?最近的一項研究提出了一種解釋:DF2和DF4–一個鄰近的也很輕的矮星系–可能由於附近一個更大星系的潮汐力而使它們的暗物質被剝離掉。

研究人員表示,未來的研究應該集中在尋找其他缺乏暗心的星繫上,這將可能有助於解開謎團。

來源:cnBeta