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暗物質(zhì)與銀河碰撞：哈佛天文學(xué)家解釋銀河系的神秘翹曲

2023-10-16 17:57:57 來源：cnBeta

天文學(xué)家的研究結(jié)果支持了關(guān)于銀河系進化過程的假設(shè)。銀河系通常被描繪成一個由塵埃、氣體和恒星組成的平面旋轉(zhuǎn)盤。但如果你能放大并拍攝一張邊緣照片，它實際上有一個明顯的翹曲--就像你試圖扭曲和彎曲一張黑膠唱片一樣。

哈佛大學(xué)的天文學(xué)家認為，銀河系扭曲的形狀是由不規(guī)則的暗物質(zhì)暈造成的。這支持了過去銀河系碰撞的理論，并提供了對暗物質(zhì)性質(zhì)的見解。圖片來源：Stefan Payne-Wardenaar；麥哲倫云：羅伯特-根德勒/歐空局

(資料圖)

雖然科學(xué)家們早就通過觀測數(shù)據(jù)知道銀河是扭曲的，它的邊緣像裙子一樣外擴，但沒人能解釋其中的原因。

現(xiàn)在，哈佛和史密森天體物理中心（CfA）的哈佛天文學(xué)家們首次進行了計算，從而完全解釋了這一現(xiàn)象，有令人信服的證據(jù)表明，銀河被暗物質(zhì)的偏離光環(huán)所包圍。這項工作還支持了目前關(guān)于銀河系如何演化的思考，并可能為揭開暗物質(zhì)的一些謎團提供線索。

銀河系的星系盤是翹曲和喇叭狀的，與圖中的 ESO 銀河系相似。美國國家航空航天局的哈勃太空望遠鏡對這個不尋常的邊緣星系進行了成像，揭示了其翹起的塵埃盤的非凡細節(jié)，并展示了星系碰撞是如何引發(fā)新恒星誕生的。正常螺旋星系（如銀河系）的塵埃和旋臂在邊緣看去是平的。資料來源：美國國家航空航天局/太空望遠鏡科學(xué)研究所

新的計算由格里芬藝術(shù)與科學(xué)研究生院（Griffin Graduate School of Arts and Sciences）的學(xué)生韓智源（Jiwon Jesse Han）領(lǐng)導(dǎo)。這項研究成果發(fā)表在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）雜志上，共同作者包括查理-康羅伊（Charlie Conroy）和拉斯-赫恩奎斯特（Lars Hernquist），他們都是CfA和天文學(xué)系的教師。

我們的銀河系位于一個叫做恒星暈的彌漫云團內(nèi)部，恒星暈延伸到宇宙更遠的地方。在去年發(fā)表的開創(chuàng)性工作中，哈佛大學(xué)研究小組推斷出恒星暈的形狀是傾斜的橢圓形，就像齊柏林飛艇或足球。

在此基礎(chǔ)上，研究小組假設(shè)暗物質(zhì)光環(huán)也是同樣的形狀，暗物質(zhì)光環(huán)是一個更大的實體，包括銀河系內(nèi)部和周圍的一切。暗物質(zhì)占銀河系質(zhì)量的80%，但由于不與光相互作用而看不見，因此必須推斷出暗物質(zhì)暈的形狀。研究小組利用模型計算了傾斜的長圓形暗物質(zhì)光環(huán)內(nèi)恒星的軌道，發(fā)現(xiàn)這與現(xiàn)有的翹曲、耀斑星系觀測結(jié)果幾乎完全吻合。

康羅伊說："傾斜的暗物質(zhì)暈實際上在模擬中相當(dāng)常見，但沒有人探索過它對銀河系的影響。事實證明，傾斜是一種優(yōu)雅的方式，可以解釋銀河系搖擺不定的圓盤的大小和方向。"

長期以來，科學(xué)家們一直推測銀河系是由于星系碰撞而形成的；天文學(xué)家們的工作進一步強調(diào)了這一假設(shè)。

"如果銀河系只是在自我演化，那么它就會有這個漂亮的球形光環(huán)，這個漂亮的扁平圓盤，"韓說。"因此，光環(huán)傾斜并具有類似足球形狀的事實表明，我們的星系經(jīng)歷了一次合并事件，即兩個星系相撞。事實證明，傾斜是一種優(yōu)雅的方式，可以同時解釋銀河系搖擺盤的大小和方向"。

他們對暗物質(zhì)光環(huán)可能形狀的計算還可能為暗物質(zhì)本身的性質(zhì)和粒子性質(zhì)提供線索，而這在物理學(xué)中仍是未解之謎。"Han解釋說："在我們的數(shù)據(jù)中，星系不是球形的，這意味著暗物質(zhì)與自身的相互作用存在一定的極限。

對這些發(fā)現(xiàn)的信心可能會帶來更好的方法，巧妙地研究構(gòu)成宇宙大部分的不可觀測的暗物質(zhì)。這包括捕捉暗物質(zhì)亞暈運動學(xué)特征的新方法，暗物質(zhì)亞暈是圍繞星系旋轉(zhuǎn)的微型暗物質(zhì)暈。

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