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暗物质对早期宇宙星系的影响较小

2017-03-23   标签:暗物质 星系 宇宙    来源:phys.org
星系中暗物质总量并非一成不变,以前更少
Dark matter less influential in galaxies in early universe

暗物质对早期宇宙星系的影响较小
早期旋转圆盘星系(右侧)和现在星系(左侧)的图示。欧洲南方天文台的十分巨大望远镜的观测表明由于分布在核心的暗物质(红色部分)较少,这种巨大恒星转盘星系在宇宙早期受到的影响更小。因此星系外围旋转速度相对于当前宇宙中的相似区域更慢。

最新观测表明,巨大的恒星星系在100亿年前星系形成的巅峰阶段主要由重物质或者叫一般物质构成。这与现今的星系构成截然不同,现在神秘的暗物质的影响似乎更大一些。这个惊人发现由欧洲南方天文台的十分巨大望远镜(Very Large Telescope,记得有篇煎蛋文吐槽过科学家的取名)获得,意味着暗物质在宇宙早期的影响相对于现在较小。该研究已在自然杂志上发表,题为“重子在转盘星系中的主导地位在一百亿年前为高峰时期”。

诸如发光恒星、发光星云和太空星尘等都是一般物质,但神秘的暗物质不会发射、吸收或者反射光,我们只能通过其引力效应进行观测。暗物质的出现很好的解释了为什么旋涡星云的外部比在如果只存在可见一般物质情况下预期的旋转速度更快。

现在,由德国加尔兴马克斯普朗克地外物理学研究所Reinhard Genzel领导的国际研究团队利用欧洲南方天文台位于智利的十分巨大望远镜对宇宙深处的六个巨大恒星星系的旋转进行了测量,这些星系正处于100亿年前形成巅峰期。他们发现了一个有趣的现象:不同于当前宇宙中的旋涡星系,这些遥远星系的外部区域似乎比靠近核心的区域旋转得更慢,意味着那里的暗物质比预期的更少。

“令人惊讶的是,旋转速度并非恒定,而是越靠近星系外围越慢。”第一作者Reinhard Genzel评论道:“可能有两方面的原因:一是大部分早期大型星系绝大部分由一般物质组成,相对于当前宇宙暗物质则只占了很小的一部分,二是这些早期的转盘状星系比我们现在看到的宇宙附近中的旋涡星系更混乱。”随着天文学家们追溯到宇宙早期,这两方面的因素似乎都变得越来越显著。这表明在大爆炸之后30到40亿年之时,已经形成了扁平旋转的圆盘状星系,但同时暗物质晕仅仅围绕在星系外部,比现在更大更分散。又过了数十亿年,暗物质也被压缩到星系内部,形成了现在暗物质占据主导地位的现象,并且可以从其对转盘星系旋转速度的影响看出。该解释与当前表明早期星系蕴含更多气体并且比现在星系更紧实的观测一致。

这六个在研究中绘制的星系是利用位于智利帕拉纳尔天文台的欧洲南方天文台的十分巨大望远镜的KMOS和SINFONI仪器绘制的数百个遥远恒星转盘星系的一部分。除了上述单个星系的测量之外,结合其他星系的微弱信号绘制了平均旋转曲线。该复合曲线同样表明随与星系核心距离的增大,旋转速度降低的趋势。此外,另外两项针对240恒星构成的转盘的进一步研究同样证实了上述发现

详细的模型表明虽然平均来讲一般物质占所有星系总质量的大约一半,但其实正处于整个星系演变中的最低点。


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