不含任何暗物质！这些星系是怎么诞生的？
不含任何暗物质！这些星系是怎么诞生的？Original Nature Portfolio
Nature Portfolio 2022-06-22 21:40 Posted on 上海
原文作者：Elizabeth Gibney
研究人员说一次宇宙碰撞可能产生了两个没有暗物质的星系——但其他人对此表示怀疑。天文学家认为，没有暗物质的引力无法产生星系。因此一个不含这种神秘物质的星系——原因不明——是个惊人的发现。在5月18日发表在《自然》的一篇论文中，天文学家说他们可能观察到了一个这样的系统：一系列11个星系，不含任何暗物质，或在同一次古老碰撞中所产生。但许多同行对此并不信服，认为这一说法不过是个假设。https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/0OWoGbRW1ic9sHtLWZ0iahvvrBibbRnNgNTIIkdicRwfvczv48YmuyeQr9FFibicDnVJHibclsSoHJhMBAs2OgkNzxvbA/640?wx_fmt=png哈勃拍摄到一组不寻常的星系图像：它们似乎没有暗物质。来源：NASA/ESA/P. van Dokkum, Yale Univ这类系统可以用来了解星系的形成和暗物质的性质。“如果真是这样，这对星系形成无疑是个激动人心的发现。但目前尚无定论。”西班牙巴塞罗那大学的天文学家Chervin Laporte说。
这一发现围绕着耶鲁大学的Pieter van Dokkum和合著者在2018和2019年发现的两个星系。它们的恒星移动极为缓慢，不需要暗物质拉动来解释它们的轨道，因此研究团队的结论是这些星系中不含暗物质。这一发现很有争议，因为这两个名为DF2和DF4的星系似乎很稳定，与仅有的其他已知不含暗物质的星系颇为不同，后者很新而且短寿，产生于更大、暗物质被邻居剥离的星系。DF2和DF4如何诞生还是一个谜。
蛛丝马迹在最新一篇论文中，van Dokkum团队不仅将这两个不寻常的星系联系起来，还说它们的特性符合在80亿年前一次高速碰撞中形成，这次碰撞还催生了更多此类结构。Dokkum说：“这一个答案可以解释关于这些星系的诸多怪事。”
研究团队借用的场景，起先来自用于解释星系团之间大规模碰撞独特特征的模拟。研究者认为，两个原生星系当头撞上时，它们的暗物质和恒星会彼此擦肩而过；暗物质不会互相作用，恒星则相距太远不会撞上。但随着暗物质和恒星加速，两个星系恒星的宇宙气体会撞在一起，压缩并减速，留下物质的痕迹，以后形成新的没有暗物质的星系。
接下来，研究者寻找在DF2和DF4之间的这类星系。他们识别出3-7个新的候选无暗物质星系，以及两端奇怪、暗淡的星系，可能是最初星系的暗物质和恒星残余。van Dokkum 说：“一旦你知道要找什么，它就在你眼皮子底下闪闪发光。”
如果这一图景证明属实，这将帮助天文学家理解暗物质的行为，了解星系能够形成的环境。中国浙江大学的天文学家Go Ogiya说，这类星系碰撞或可作为一种“新实验室”，以理解暗物质是否与自身发生作用。
悬而未决耶鲁大学天体物理学家Priyamvada Natarajan说，尽管van Dokkum的模型说得通，但它描述的星系形成方式只是诸多可能之一。不过这很有意思，而且关键是这个假设可以检验。她不是van Dokkum研究团队成员。
英国萨里大学的天文学家Michelle Collins说，测量候选星系的精确距离和速度，能证实它们在同一系列里，而不只是刚好沿同一视线存在。“在我看来，这是不是真的同一系列还是个悬而未决的大问题。”
Laporte补充说，天文学家还需要测量系列末端“幽灵星系”（可能的原初星系）的质量，以检验它们是否如模型所预测的那样含有许多暗物质。
其他人则质疑是否需要这么新奇的解释才能理解此现象。西班牙加那利群岛天体物理研究所的天文学家Ignacio Trujillo带领的研究团队提出，DF2和DF4离地球的距离比van Dokkum的测量结果要近，因此含有的暗物质比看上去要多。
马里兰州空间望远镜研究所的Mireia Montes说，天文学家还需要看到可靠的模拟，表明van Dokkum的团队描述的场景有道理。“目前来看这里还有大量假设，但未得到任何模拟的支持。”她说。
参考文献：1. van Dokkum, P. et al. Nature 605, 435–439 (2022).
原文以Galaxies without dark matter perplex astronomers为标题发表在2022年5月19日《自然》的新闻版块上
© naturedoi: 10.1038/d41586-022-01410-x
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