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反常的星系:它们的暗物质去哪儿了?

2020-05-08     来源:         内容标签:反常,的,星系,它们,暗,物质,去,哪儿,了,最近,

导读:最近,来自中国科学院国家天文台的郭琦研究员领衔的研究团队发现了一批反常的天体——19个缺乏暗物质的矮星系。之前人们熟知的矮星系都含有大量的暗物质,但这批新发现的矮星系

最近,来自中国科学院国家天文台的郭琦研究员领衔的研究团队发现了一批反常的天体——19个缺乏暗物质的矮星系。之前人们熟知的矮星系都含有大量的暗物质,但这批新发现的矮星系可能会改变我们对 星系是如何形成的 这一问题的认识。这项研究成果于北京时间11月26日凌晨发表于《自然·天文》杂志。

暗物质:星系的摇篮和家园

在宇宙学家的眼中,我们日常所 见 的物质,从地球上的芸芸万物到夜空中的点点繁星,都叫做重子物质。因为它们在质量上绝大部分是由重子组成的。重子物质有一个很重要的特点,就是它能发生电磁相互作用,换句话说,它可以发光或者反射光。这里说的 光 除了我们肉眼可见的光,也包括其他波段的电磁波。正因如此,重子物质是我们 见 得最多的物质。

虽然重子物质是我们见得最多的物质,但是近年的天文观测发现,它们的总量大约只是宇宙中所有物质的五分之一。剩下五分之四的物质跟重子物质的最大区别是,它们既不发光,也不反射光,所以我们没法看到它们。正是因为这个特点,这些新奇的物质被叫做暗物质。

在宇宙过去一百三十多亿年的峥嵘岁月里,暗物质扮演了十分重要的角色。由于在物质的质量比例上占据主导地位,暗物质决定了宇宙物质在大尺度上的分布——宇宙大尺度结构。现代超级计算机模拟更是向我们揭示,宇宙中暗物质的空间分布可以再现观测到的星系分布,暗示了星系和暗物质之间千丝万缕的关系。

我们从小就知道,我们生活在一个名字充满诗意的星系—— 银河系 里。现代天文观测告诉我们,银河系只是宇宙中千千万万个星系的其中一员。这些星系是怎样形成的?它们的形成有没有普遍的规律?现代宇宙学和天文学里最波澜壮阔的篇章之一,就是建立了一个以暗物质为基础的、关于 星系是如何形成 的模型。因为星系又是观测宇宙的主要载体,在过去几十年间,通过研究它们的性质和形成,大大促进了人类对宇宙大尺度结构和宇宙本身的理解。今年的诺贝尔奖物理学奖的一半就是表彰美国科学家James Peebles在相关方面的卓越贡献。

按照当前的星系形成模型,在质量上占据主导位置的暗物质在自身引力的作用下,先形成了很多密度很高、接近球形的暗物质团——天文学家把它们唤作 暗物质晕 ;之后,一开始以气体形式存在的重子物质,在暗物质晕的引力作用下,掉入暗物质晕中。重子气体在暗物质晕中经过了一系列复杂的物理过程,比如说辐射冷却、形成恒星、恒星在演化末期发生超新星爆发等等,最后形成了姿态万千、绚丽多彩的发光星系。我们的银河系就是其中最美丽的星系之一。

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