暗物质与银河碰撞：哈佛天文学家解释银河系的神秘翘曲

2023-10-16 17:57:57 来源：cnBeta

天文学家的研究结果支持了关于银河系进化过程的假设。银河系通常被描绘成一个由尘埃、气体和恒星组成的平面旋转盘。但如果你能放大并拍摄一张边缘照片，它实际上有一个明显的翘曲--就像你试图扭曲和弯曲一张黑胶唱片一样。

哈佛大学的天文学家认为，银河系扭曲的形状是由不规则的暗物质晕造成的。这支持了过去银河系碰撞的理论，并提供了对暗物质性质的见解。图片来源：Stefan Payne-Wardenaar；麦哲伦云：罗伯特-根德勒/欧空局

(资料图)

虽然科学家们早就通过观测数据知道银河是扭曲的，它的边缘像裙子一样外扩，但没人能解释其中的原因。

现在，哈佛和史密森天体物理中心（CfA）的哈佛天文学家们首次进行了计算，从而完全解释了这一现象，有令人信服的证据表明，银河被暗物质的偏离光环所包围。这项工作还支持了目前关于银河系如何演化的思考，并可能为揭开暗物质的一些谜团提供线索。

银河系的星系盘是翘曲和喇叭状的，与图中的 ESO 银河系相似。美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜对这个不寻常的边缘星系进行了成像，揭示了其翘起的尘埃盘的非凡细节，并展示了星系碰撞是如何引发新恒星诞生的。正常螺旋星系（如银河系）的尘埃和旋臂在边缘看去是平的。资料来源：美国国家航空航天局/太空望远镜科学研究所

新的计算由格里芬艺术与科学研究生院（Griffin Graduate School of Arts and Sciences）的学生韩智源（Jiwon Jesse Han）领导。这项研究成果发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上，共同作者包括查理-康罗伊（Charlie Conroy）和拉斯-赫恩奎斯特（Lars Hernquist），他们都是CfA和天文学系的教师。

我们的银河系位于一个叫做恒星晕的弥漫云团内部，恒星晕延伸到宇宙更远的地方。在去年发表的开创性工作中，哈佛大学研究小组推断出恒星晕的形状是倾斜的椭圆形，就像齐柏林飞艇或足球。

在此基础上，研究小组假设暗物质光环也是同样的形状，暗物质光环是一个更大的实体，包括银河系内部和周围的一切。暗物质占银河系质量的80%，但由于不与光相互作用而看不见，因此必须推断出暗物质晕的形状。研究小组利用模型计算了倾斜的长圆形暗物质光环内恒星的轨道，发现这与现有的翘曲、耀斑星系观测结果几乎完全吻合。

康罗伊说："倾斜的暗物质晕实际上在模拟中相当常见，但没有人探索过它对银河系的影响。事实证明，倾斜是一种优雅的方式，可以解释银河系摇摆不定的圆盘的大小和方向。"

长期以来，科学家们一直推测银河系是由于星系碰撞而形成的；天文学家们的工作进一步强调了这一假设。

"如果银河系只是在自我演化，那么它就会有这个漂亮的球形光环，这个漂亮的扁平圆盘，"韩说。"因此，光环倾斜并具有类似足球形状的事实表明，我们的星系经历了一次合并事件，即两个星系相撞。事实证明，倾斜是一种优雅的方式，可以同时解释银河系摇摆盘的大小和方向"。

他们对暗物质光环可能形状的计算还可能为暗物质本身的性质和粒子性质提供线索，而这在物理学中仍是未解之谜。"Han解释说："在我们的数据中，星系不是球形的，这意味着暗物质与自身的相互作用存在一定的极限。

对这些发现的信心可能会带来更好的方法，巧妙地研究构成宇宙大部分的不可观测的暗物质。这包括捕捉暗物质亚晕运动学特征的新方法，暗物质亚晕是围绕星系旋转的微型暗物质晕。

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