理論預(yù)測疏松的星系必須由暗物質(zhì)使其保持凝聚在一起。

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對AGC114905星系的觀測表明該星系沒有暗物質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)與理論相悖。（圖片來源：哈維爾·羅曼和帕維爾·曼塞拉·皮尼亞）

天文學(xué)家們好奇是什么使似乎不含暗物質(zhì)的遙遠(yuǎn)星系保持凝聚。

名為AGC114905的星系距離地球約2.5億光年，大約和銀河系一樣大。然而，這個(gè)遙遠(yuǎn)的星系包含的恒星比我們銀河系少一千倍。

根據(jù)理論模型，這樣的稀疏星系必須由暗物質(zhì)使其保持形狀凝聚不分散，據(jù)估計(jì)，暗物質(zhì)是一種神秘的不可見物質(zhì)，約占宇宙中所有物質(zhì)的85%。但當(dāng)天文學(xué)家在新墨西哥州使用超大陣列測量AGC114905時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)奇怪的星系中完全沒有暗物質(zhì)。

荷蘭格羅寧根大學(xué)的天文學(xué)家Pavel Mancera Pi?a和荷蘭射電天文學(xué)會(huì)（ASTRON）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組沒有選擇研究AGC 114905。

早先的觀測表明：這個(gè)星系和其他五個(gè)星系的暗物質(zhì)含量可能非常低。但這一發(fā)現(xiàn)與理論大相徑庭，所以曼塞拉·皮尼亞和他的同事決定再次進(jìn)行測量。

然而，即使用世界上最強(qiáng)射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了40小時(shí)的測量，研究人員仍然沒有發(fā)現(xiàn)任何暗物質(zhì)。

Mancera Pi?a在一份聲明中說：“這當(dāng)然是我們的想法和希望，因?yàn)樗C實(shí)了我們之前的測量結(jié)果。但現(xiàn)在的問題仍然是，理論預(yù)測AGC114905中一定存在暗物質(zhì)，但我們的觀測結(jié)果表明不存在。事實(shí)上，理論和觀測之間的差異只會(huì)越來越大?！?/p>

AGC 114905不是首個(gè)被天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的沒有暗物質(zhì)的星系。2018年，耶魯大學(xué)天文學(xué)家彼得·范德卡姆（Pieter?van?Dokkum）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，距離地球約6000萬光年的NGC?1052-DF2星系似乎不含暗物質(zhì)。然而科學(xué)家們在新的聲明中說，Mancera?Pi?a在最近的研究中使用的技術(shù)和測量方法比這項(xiàng)工作更加可信。

科學(xué)家們認(rèn)為AGC114905的暗物質(zhì)可能被一個(gè)附近更大質(zhì)量的星系剝離了，但奇怪的是在它附近看起來似乎沒有一個(gè)星系能夠完成這樣的壯舉。

與此同時(shí)，研究人員們正在從他們最初的六個(gè)星系中觀測第二個(gè)超彌散矮星系?？茖W(xué)家們在聲明中說，如果他們在該星系中也沒有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蹤跡，這將使缺乏暗物質(zhì)的星系隊(duì)伍更加壯大。

相關(guān)知識(shí)

暗物質(zhì)是一種假設(shè)的物質(zhì)形式，科學(xué)家們認(rèn)為它大約占宇宙物質(zhì)的85%。[1]各種天體物理觀測都表明暗物質(zhì)真實(shí)存在，比如存在著無法用公認(rèn)的引力理論解釋的引力效應(yīng)。要解釋的通，除非存在的物質(zhì)比觀察到的多更多?？紤]到這個(gè)原因，大多數(shù)專家都認(rèn)為暗物質(zhì)在宇宙中的含量非常豐富，并且已經(jīng)對宇宙的結(jié)構(gòu)和演化產(chǎn)生了巨大的影響。暗物質(zhì)之所以被稱為暗物質(zhì)，是因?yàn)樗坪醪慌c電磁場相互作用，這意味著它不吸收，也不反射或發(fā)射電磁輻射，因此很難被探測到。[2]

最初的認(rèn)為暗物質(zhì)存在的證據(jù)來自計(jì)算，如果一些星系不包含大量的不可見物質(zhì)，他們會(huì)分散，或者根本不會(huì)形成，又或者不會(huì)像看到的那樣運(yùn)動(dòng)。其他的證據(jù)來自引力透鏡和宇宙微波背景輻射的觀測，以及對宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，星系的形成和演化，星系碰撞中的物質(zhì)分布，以及星系團(tuán)中的星系運(yùn)動(dòng)的觀測。在標(biāo)準(zhǔn)LambdaCMD宇宙學(xué)中，總的質(zhì)量和能量包括5%的普通物質(zhì)，27%的暗物質(zhì)和68%的某種能量（也稱為暗能量）。因此，暗物質(zhì)組成了宇宙中總質(zhì)量的85%，而暗物質(zhì)和暗能量共同構(gòu)成了宇宙中95%的質(zhì)能。

因?yàn)榘滴镔|(zhì)迄今為止未被直接探測到，如果它真的存在，除引力之外，它必定極少與普通物質(zhì)或輻射產(chǎn)生互相作用。大多數(shù)暗物質(zhì)被認(rèn)為是非重子物質(zhì)，它可能由某種未知的亞原子粒子組成。一類重要的暗物質(zhì)候選者是某種新的還未被發(fā)現(xiàn)的基本粒子，比如弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMPs)。許多通過直接探測手段研究暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)正在活躍的進(jìn)行中，但至今為止沒有一個(gè)成功。根據(jù)粒子的速度（更準(zhǔn)確地來說是自由流動(dòng)的距離）暗物質(zhì)通常被分為冷暗物質(zhì)，溫暗物質(zhì)和熱暗物質(zhì)。當(dāng)前的模型偏向冷暗物質(zhì)，在這種假設(shè)下，宇宙中的結(jié)構(gòu)由逐漸累積的粒子形成。

盡管暗物質(zhì)的存在在科學(xué)界已經(jīng)被廣泛地接受，一些天體物理學(xué)家被某些不能由暗物質(zhì)解釋的觀測啟發(fā)，嘗試建立各種修正標(biāo)準(zhǔn)廣義相對論的理論，比如修正牛頓動(dòng)力學(xué)，張量-矢量-標(biāo)量引力，或者熵引力。這些模型試圖在不引入額外的非重子物質(zhì)的情況下解釋所有的觀測結(jié)果。

超彌散星系是一類亮度非常低的星系，第一個(gè)例子是在1984年由Allan Sandage和Bruno Binggeli在室女座星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)的。這些星系被研究和很多年，直到2015年才被重新命名。它們的低亮度是由于缺少恒星形成氣體，這使得它們內(nèi)部的恒星都非常老。

基于2018年的觀測確認(rèn)，這類星系有兩種非常極端的暗物質(zhì)含量。有些超彌散星系幾乎全部由暗物質(zhì)組成，這樣的星系可能與銀河系的大小和質(zhì)量都相當(dāng)，但其中的可見恒星只占1%的比例，而另一種超彌散星系則看起來幾乎完全沒有暗物質(zhì)。

BY：Tereza Pultarova

FY：Astronomical volunteer team

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