科学家在宇宙中发现了更多不含暗物质的星系

天文学家又发现了19个缺乏暗物质的星系。这些奇特的星系主要由普通物质组成，如构成我们熟悉的一切的质子、中子和电子，而不是暗物质。

这项于11月26日发表在《天文学》杂志上的新研究，支持了最近一项备受争议的发现：另外两个没有暗物质的星系。这种神秘的物质占宇宙物质的大部分，被认为是所有星系的主要组成部分，也是星系形成的主要驱动力。因此，发现如此多的缺乏这种奇异物质的星系，表明天文学家对星系如何形成和演化还有重要的认识不足。

“使用标准的星系形成模型很难解释这个结果，”通讯作者、中国科学院的郭奇（Qi Guo）在新闻稿中表示，“因此，这促使人们重新审视暗物质的本质。”

回顾：暗物质与星系旋转

20世纪70年代末，卡内基科学研究所的天文学家Vera Rubin和Kent Ford观测了我们最熟悉的银河系邻居：仙女座星系。他们发现，仙女座星系的旋转方式与他们预期的不同。在我们太阳系中，行星绕太阳的运行速度不同。离太阳近的水星比远处的海王星运行得快得多。然而，在仙女座星系中，星系外缘的可见物质的运动速度与靠近星系核心的物质的运动速度几乎相同。

Rubin和Ford对此感到困惑。这意味着仙女座星系必然充斥着大量的看不见的物质，这些物质的范围远远超出了星系中心。最终，他们的发现被认为是暗物质存在的第一个直接证据。

在接下来的几十年里，天文学家们意识到，几乎所有星系都充满了暗物质，这种物质除了引力外，不与其他普通物质或光发生相互作用。然后，在2018年，由耶鲁大学的Pieter van Dokkum领导的研究人员发现了一个奇怪的、幽灵般的星系，名为NGC 1052-DF2，它似乎几乎不含暗物质。

“我们认为每个星系都有暗物质，并且暗物质是星系形成的起点，”van Dokkum在发现后的一份新闻稿中说道。“这种看不见的、神秘的物质是任何星系中最主要的方面。因此，发现一个没有它的星系是出乎意料的。它挑战了我们关于星系如何运作的标准观念，并表明暗物质是真实存在的：它拥有自己独立于星系其他组成部分的存在。”

仅仅几个月后，van Dokkum和他的团队又发现了一个第二个几乎不含暗物质的星系：NGC 1052-DF4。与NGC 1052-DF2一样，这个超弥散星系引起了天文学界的广泛关注。

批评者之一是西班牙加那利天体物理研究所的天文学家Ignacio Trujillo。

Trujillo在接受《天文学》杂志采访时表示：“非常早地引起我注意的是，这个星系[DF2]不仅因为没有暗物质而显得异常，还因为它拥有一群异常明亮的球状星团。我记得当时在想：‘同时有两个异常，这看起来确实很奇怪。’”

这张由哈勃太空望远镜拍摄的NGC1052-DF2，是一个巨大但非常弥散的星系，被认为几乎不含暗物质。NASA/ESA/P. van Dokkum (耶鲁大学)

然而，在双方往来学术争论，Trujillo和van Dokkum通过研究论文互相驳斥后，这些星系是否真的缺乏暗物质的问题仍未确定。

不含暗物质的星系列表日益增长

但现在，另外19个不含暗物质的星系的发现，使得DF2和DF4显得不再那么奇怪。如果最新结果得到证实，天文学家将不得不认真考虑这个不断增长的、不含暗物质的星系群体意味着什么。

郭奇和她的团队通过研究波多黎各的阿雷西博天文台和斯隆数字巡天的数据，探索了324个矮星系的性质，从而发现了最新一批缺乏暗物质的星系。利用这些数据，他们追随Rubin和Ford的脚步，研究了每颗星系周围氢气的旋转速度。他们还计算了它们包含的正常物质（气体和恒星）的量。

在计算完数据后，郭奇和她的同事们确定，在他们调查的324个矮星系中，有19个星系包含的可见物质足以单独解释星系氢气的运动。换句话说，这些星系似乎缺少大量的暗物质。

根据这项研究，“我们的结果表明，一群矮星系可能以一种特殊的方式形成，所需的暗物质比[我们宇宙邻居]本星系群中的星系以及模拟中发现的星系要少得多。”

发现不含暗物质的星系有什么意义？根据van Dokkum的说法，这意味着天文学家们并不真正理解星系是如何形成的。科学家们目前认为，只有当大量暗物质的引力吸引气体和尘埃以启动恒星形成时，星系才会形成。

van Dokkum解释道：“问题是，我们不知道在没有暗物质的情况下，恒星的形成将如何进行。我们只能说，在它们历史的早期一定有非常致密的气体。”否则，这些星系就无法产生任何新的恒星。

郭奇和她的团队表示，未来，天文学家需要做更多的工作来绘制这些星系内氢气的运动图。通过这样做，他们希望能更多地了解这些不含暗物质的星系是如何形成的。