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暗物質竟被星系團內微弱的輝光照亮了!


博科園《皇家天文學會月報》年月上發表的一項研究稱,對哈勃星系圖像的新觀測,可能是向闡明暗物質難以捉摸的本質邁出一步,暗物質是構成宇宙大部分的不可觀測物質。星系內的光是星系間相互作用...

- 2018年12月22日09時53分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

《皇家天文學會月報》2018年12月20上發表的一項研究稱,對哈勃星系圖像的新觀測,可能是向闡明暗物質難以捉摸的本質邁出一步,暗物質是構成宇宙大部分的不可觀測物質。星系內的光是星系間相互作用的副產品,這些作用破壞了星系的結構,在混沌中,單個恆星被拋出它們在母星系中的引力系泊處,以便與整個星團的引力圖重新組合。這也是絕大多數暗物質存在的地方。x射線能指示星系群碰撞的位置,但不能指示星系團的基本結構,這使得它對暗物質的追蹤不那麼精確。澳大利亞雪梨新南威爾斯大學的Mireia

Montes是這項研究的合著者說:星系內光是如此出色的暗物質追蹤器原因是,構成星系內光的暗物質和恆星都是自由漂浮在星系本身的引力勢上,所以它們遵循的引力是完全相同。

博科園-科學科普:研究人員發現了一種新方法來觀測暗物質應該在哪裡,因為你在追蹤完全相同的引力勢嗎,可以用微弱的光照亮暗物質位置。蒙特斯還強調,這種方法不僅準確,而且效率更高,因為它只利用了深度成像,而不是更複雜、時間更密集的光譜技術。這意味著在更短的時間內可以研究更多星團和太空中的物體——這意味著更多的暗物質構成及其行為的潛在證據。這種方法使我們能夠用統計學的方法來描述暗物質的最終性質。西班牙特納里費加那利群島天文研究所的伊格納西奧·特魯希略是這項研究的合作者,他和蒙特斯一起研究了多年的內發光現象。哈勃前沿場顯示出空前清晰的內部光。這些照片令人振奮,不過沒想到結果會如此精確。這對未來太空研究的影響是非常令人興奮的。


兩個巨大的星系團(Abell S1063(左)和MACS

J0416.1-2403(右))顯示出一種柔和的藍色薄霧,稱為內光,嵌在無數的星系中。星系內的光是由孤立的恆星產生,這些恆星不再屬於任何一個星系,在猛烈的星系相互作用中被拋出,現在在星系團中自由漂移。天文學家發現,星團內部的光與星團整體引力場的質量分布圖非常吻合。這使得藍色的「幽靈光」很好地指示了暗物質在星團中是如何分布。暗物質是我們理解宇宙結構和演化過程中缺少的關鍵環節。Abell

S1063和MACS J0416.1-2403是最強有力的例子,它們提供了比x射線更好的匹配星團質量圖的內部光,x射線在過去被用來追蹤暗物質。圖片:NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales)

天文學家們使用了改進後的豪斯多夫距離(MHD),一種用於形狀匹配的度量,來測量內部光的輪廓與星團不同質量圖的輪廓之間的相似性,這些圖是哈勃前沿場項目(Hubble Frontier Fields

project)數據的一部分,該項目位於米庫爾斯基太空望遠鏡檔案館(MAST)。MHD值越小,兩個點集越相似。這項分析表明,根據錢德拉x射線天文台先進CCD成像光譜儀(ACIS)的存檔觀測,哈勃前沿場圖像中看到內發光分布與6個星系團的質量分布相匹配,要好於x射線發射。除了這項初步的研究,蒙特斯和特魯希略看到了擴展他們研究的多種機會。首先,他們想要增加最初六個星團的觀測半徑,看看追蹤的準確度是否站住腳。另一個重要測試將是由更多的研究團隊觀察和分析更多的星系團,以增加數據集並確認他們的發現。


天文學家們還期待著同樣的技術在未來強大的太空望遠鏡上得到應用,比如詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space

Telescope)和WFIRST,它們將擁有更靈敏的儀器來分辨遙遠宇宙中微弱內光。Trujillo想要測試將這個方法從大質量星系團縮小到單個星系。在銀河系範圍內這樣做是非常棒的,比如探索恆星暈。理論上同樣的想法應該行得通;星系周圍恆星由於合併活動也應該遵循星系的引力勢,照亮暗物質的位置和分布。


哈勃前沿場計劃是一項深度成像計劃,旨在利用星系團引力的天然放大鏡,觀察其外的極遠星系,從而洞察早期(遙遠的)宇宙以及自那時起星系的演化。在那項研究中,漫射的內光是一個煩惱,部分模糊了遠處的星系。然而這微弱的光芒最終可能會為天文學的一大謎團(暗物質的性質)帶來重大的啟發。

博科園-科學科普|研究/來自:ESA /哈勃信息中心

參考期刊文獻:《皇家天文學會月報》

論文DOI: 10.1093/mnras/sty2858

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