宇宙中大約85%的物質(zhì)以暗物質(zhì)形式存在，但暗物質(zhì)的本質(zhì)仍然是一個謎，其余的就是我們所熟知的正常普通物質(zhì)。暗物質(zhì)表現(xiàn)出引力性質(zhì)，但不與正常普通物質(zhì)相互作用，也不發(fā)光。

研究星系演化的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，因為暗物質(zhì)如此豐富，所以暗物質(zhì)確實主導(dǎo)了宇宙中像星系團這樣的大尺度結(jié)構(gòu)形成。盡管很難直接探測到暗物質(zhì)，但可以通過對星系在一定范圍內(nèi)分布的敏感觀測進行建模來追蹤暗物質(zhì)。

星系通常位于被稱為光暈的巨大暗物質(zhì)團中心，因為它們圍繞著星系。前景暗物質(zhì)暈引力透鏡作用于較遠的星系，為暗物質(zhì)的詳細分布提供了一個特別獨特和強大的探測器?！叭跬哥R”導(dǎo)致背景星系的形狀適度但系統(tǒng)地變形，并能對星系團內(nèi)暗物質(zhì)的分布提供強有力約束；相比之下，“強透鏡”則產(chǎn)生高度扭曲、放大，有時甚至是多個單一來源的圖像。

在過去的十年里，觀測和流體力學(xué)模擬極大地加深了我們對大質(zhì)量星系如何演化的理解，現(xiàn)在更傾向于兩階段情景。在第一步中，今天星系的大質(zhì)量核心是在宇宙學(xué)時代由物質(zhì)的引力坍縮形成，連同它們周圍的暗物質(zhì)暈一起形成。恒星的形成增加了星系系質(zhì)量。然而，最大質(zhì)量的星系有第二個階段，在這個階段，它們從其他星系的外部區(qū)域捕獲恒星，一旦它們自己的恒星形成消退，這個階段就會主導(dǎo)它們的“組裝”。

計算機模型和一些觀測結(jié)果似乎證實了這種情況。哈佛史密森天體物理學(xué)中心天文學(xué)家約書亞·斯皮格爾(Joshua Speagle)是該研究團隊的成員，該團隊使用斯巴魯望遠鏡上光學(xué)和近紅外波長的超敏感、寬視場成像來研究大質(zhì)量星系的組裝。其技術(shù)利用了弱透鏡效應(yīng)，因為大質(zhì)量星系往往也有更多質(zhì)量更大的暗物質(zhì)光暈，這些光暈扭曲了光線。

天文學(xué)家研究了大約3200個恒星質(zhì)量大于銀河系（大約4000億個太陽質(zhì)量）的星系。使用弱透鏡分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)于大質(zhì)量暗物質(zhì)暈“組裝”歷史的信息編碼，在大質(zhì)量中心星系的恒星質(zhì)量分布中。此外，科學(xué)家們還指出，對于質(zhì)量相同的星系，形狀更寬廣的星系往往有更大質(zhì)量的暗物質(zhì)暈，這一結(jié)果為探索大質(zhì)量星系如何隨著宇宙時間的推移而形成和演化打開了一扇新窗口。

利用Hyper SuPrime-Cam(HSC)探測的深場圖像，并利用其前所未有的弱透鏡能力，研究示了大質(zhì)量中心星系的恒星質(zhì)量分布與其宿主暗物質(zhì)暈質(zhì)量之間的密切聯(lián)系。恒星質(zhì)量分布范圍更廣的大質(zhì)量星系往往在更大質(zhì)量的暗物質(zhì)暈中。研究用一個唯象模型解釋了這種聯(lián)系，該模型假定(1)暈質(zhì)量與暈中的恒星總含量之間存在緊密關(guān)系，(2)r<10kpc處的原地和非原地質(zhì)量比例依賴于暗物質(zhì)暈質(zhì)量，該模型很好地描述了總恒星質(zhì)量(?M)的恒星質(zhì)量函數(shù)。

博科園｜研究/來自：哈佛史密森天體物理學(xué)中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz3314

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