文章介紹了天文學(xué)家們?cè)噲D通過(guò)對(duì)銀河系質(zhì)量星系的暗物質(zhì)光暈進(jìn)行了高分辨率的宇宙學(xué)模擬，來(lái)測(cè)定包裹銀河系的暗物質(zhì)，由此來(lái)測(cè)定銀河系的直徑的大小。

當(dāng)你身處某物之中時(shí)，往往很難準(zhǔn)確判斷它的大小，比如我們所在的銀河系的大小。我們沒(méi)辦法得到銀河系外部確切的照片，因此我們對(duì)其大小最好的估算就是依賴于測(cè)量銀河系與外圍物體之間的距離。

根據(jù)去年蓋亞的測(cè)繪數(shù)據(jù)，我們估計(jì)銀河系中心星系盤的直徑大約為26萬(wàn)光年，這個(gè)數(shù)據(jù)在可允許的誤差范圍內(nèi)。但是，就像太陽(yáng)的影響比柯伊伯帶延伸得更遠(yuǎn)一樣，銀河系的引力影響和密度—還包括了其看不見(jiàn)的暗物質(zhì)暈部分—整個(gè)銀河系的實(shí)際延伸范圍遠(yuǎn)超可見(jiàn)的中心星系盤大小。

銀河系的延伸范圍到底有多遠(yuǎn)呢？在這里，新的計(jì)算結(jié)果顯示其大小遠(yuǎn)超我們的想象。英國(guó)杜倫大學(xué)的天體物理學(xué)家阿里斯·戴森和他的同事在提交給《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》并上傳到arXiv網(wǎng)站上的一篇新論文揭示了銀河系的直徑大小能達(dá)到190萬(wàn)光年。

除了我們能看到的部分，組成銀河系的還有更多我們看不見(jiàn)不了解的部分—比如，在銀河系中心存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞—人馬座A*，恒星和氣體都圍繞這個(gè)黑洞的軌道旋轉(zhuǎn)。而我們之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)殂y河系星盤外邊緣恒星的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了它們根據(jù)可探測(cè)物質(zhì)的引力影響所應(yīng)達(dá)到的速度。

額外的引力影響給了銀河系星系盤另外的旋轉(zhuǎn)推力，而這種推力被解釋為來(lái)自暗物質(zhì)的影響—暗物質(zhì)暈是圍繞在銀河系之外的是一個(gè)巨大的球形暈狀物，它將整個(gè)銀河系都包裹在內(nèi)。但是，由于我們不能直接探測(cè)到暗物質(zhì)，因此我們必須根據(jù)它對(duì)周圍其他物質(zhì)的影響來(lái)推斷它的存在。

銀河系暗物質(zhì)暈的示意圖。(數(shù)字宇宙/美國(guó)自然歷史博物館)

而這，就是戴森和她的國(guó)際同事們目前正在做的事情—證明暗物質(zhì)的存在。

首先，他們對(duì)銀河系—以及眾多外星系的暗物質(zhì)暈進(jìn)行了高分辨率的宇宙學(xué)模擬分析，這些模擬既有孤立的，也有與本星系群相似的。本星系群是一個(gè)直徑約980萬(wàn)光年的小星系群，銀河系就屬于本星系群。

他們特別關(guān)注的是銀河系與M31的距離，也就是與仙女座星系之間的距離，仙女座星系是我們最近的大體量的鄰居，且它將很有可能在大約45億年后與銀河系相撞。這兩個(gè)星系目前相距大約250萬(wàn)光年—已經(jīng)足夠近到使各自的引力相互影響。

利用幾個(gè)不同的模擬程序，該團(tuán)隊(duì)模擬了各個(gè)天文物體在銀河系的暗物質(zhì)暈的運(yùn)移軌跡，觀測(cè)它們徑向速度(物體在不同距離上圍繞星系移動(dòng)的軌道速度)和密度，以此試圖確定暗物質(zhì)暈的邊緣。

這些模擬都表明，在暗物質(zhì)暈之外，矮星系等物體的徑向速度都顯著下降。

然后，他們將這一數(shù)據(jù)與本星系群中銀河系周圍矮星系的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。正如他們的模擬預(yù)測(cè)那樣，在暗物質(zhì)暈之外的天文物體徑向速度突然下降。由此，該團(tuán)隊(duì)計(jì)算到銀河系暗物質(zhì)暈邊界的徑向距離大約是292千秒，也就是大約95萬(wàn)光年。

該徑向的兩倍，就是190萬(wàn)光年多一點(diǎn)—這就是整個(gè)銀河系的大致直徑。以后我們能得到更精確的銀河系的直徑距離，也應(yīng)該再進(jìn)一步，雖然它不是這項(xiàng)研究的主要重點(diǎn)，但它有助于限制銀河系的邊界，并可以用來(lái)為其他星系尋找這樣的邊界。

研究人員在他們的論文中提到“在許多關(guān)于銀河系暈的研究中，它的外邊界一直是基本限制條件。但研究人員對(duì)銀河系的外邊界的選擇通常存在主觀性，正如我們前面所爭(zhēng)論的那樣，到底哪里才是銀河系的邊界？因此我們?cè)趯?duì)其研究前最好先定義好銀河系暈物理和/或觀察驅(qū)動(dòng)的外部邊緣。在這里，我們已經(jīng)將潛在暗物質(zhì)分布的邊界與可觀測(cè)的恒星暈和矮星系的數(shù)量聯(lián)系起來(lái)。”

“未來(lái)的數(shù)據(jù)有很大的可能比我們已展示的更可靠、更準(zhǔn)確，能更好地測(cè)量出銀河系外邊界以及銀河系附近的其他星系的外邊界?！?/p>

這項(xiàng)研究已經(jīng)提交給了《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》，并且可以在arXiv上找到。

BY:?MICHELLE STARR

FY:?張雨

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