暗物質(zhì)神秘面紗即將揭開

天文學(xué)家近日確認(rèn)一個(gè)極其暗淡且遙遠(yuǎn)的星系，可能幾乎完全由“暗物質(zhì)”（Dark Matter）構(gòu)成。在這個(gè)星系中，我們所熟悉的恒星與星際物質(zhì)不足1%，使得這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能有助于揭開暗物質(zhì)的神秘面紗。

CNN報(bào)道，20世紀(jì)初，隨著天文觀測(cè)工具的進(jìn)步以及理論物理學(xué)的快速發(fā)展，天文學(xué)家對(duì)宇宙的理解有了突破性的進(jìn)展。人們終于知道，我們所處的太陽(yáng)系僅是銀河系中的一個(gè)小系統(tǒng)，而銀河系也并非宇宙的全部，在宇宙中還存在著數(shù)不清的其他星系。

然而，當(dāng)科學(xué)家了解得愈多，謎團(tuán)也愈多。其中最令人困惑的問題之一，就是銀河系的總質(zhì)量與可觀測(cè)到的所有普通物質(zhì)并不匹配。普通物質(zhì)包括恒星、行星、星云與星際塵埃等，全部加總后仍遠(yuǎn)小于銀河系應(yīng)有的質(zhì)量。因此科學(xué)家推測(cè)，在銀河系中還存在大量看不見的“暗物質(zhì)”。保守估計(jì)，暗物質(zhì)總量約為普通物質(zhì)的5倍。

這個(gè)最初看似大膽的“暗物質(zhì)假說”，在隨后幾十年間逐漸累積大量觀測(cè)證據(jù)，如今已成為宇宙學(xué)中最主流的理論之一?？茖W(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)很可能是維持銀河系螺旋結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。根據(jù)電腦模擬，如果沒有暗物質(zhì)提供引力束縛，持續(xù)旋轉(zhuǎn)的銀河系可能在幾億年內(nèi)就會(huì)逐漸散開。

然而，暗物質(zhì)既不發(fā)光也不吸收光，因此至今仍未被直接觀測(cè)到?？茖W(xué)家主要是透過其對(duì)周圍物質(zhì)產(chǎn)生的引力效應(yīng)，間接推測(cè)其存在。

這也使得研究暗物質(zhì)極為困難。科學(xué)家因此提出一種可能性：在宇宙中或許存在一些星系，其暗物質(zhì)遠(yuǎn)多于普通物質(zhì)，導(dǎo)致整個(gè)星系只剩下極少量恒星。天文學(xué)家將這類天體稱為“低表面亮度星系”，它們可能是研究暗物質(zhì)的重要對(duì)象。

在最新研究中，研究人員利用哈伯太空望遠(yuǎn)鏡、歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡以及位于夏威夷的昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡等觀測(cè)設(shè)備，在英仙座星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)恒星數(shù)量極少的天體。其中編號(hào)為“候選暗星系2”（CDG-2）的天體，是此次研究最引人注目的發(fā)現(xiàn)。報(bào)道指出，CDG-2位于距離地球約3億光年的英仙座星系團(tuán)中。研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，該星系極為暗淡，其質(zhì)量至少99.9%由暗物質(zhì)構(gòu)成。

那么，科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)它的呢？多倫多大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)與天體物理學(xué)博士后研究員、研究第一作者李大義（Dayi Li）表示：“低表面亮度星系雖然非常暗淡，但仍會(huì)發(fā)出一些光。而暗星系則是這類星系的極端情況，幾乎沒有任何典型星系應(yīng)有的光線或結(jié)構(gòu)。”

他指出，目前暗星系并沒有嚴(yán)格的定義，但暗物質(zhì)理論與宇宙學(xué)模擬長(zhǎng)期以來(lái)都預(yù)測(cè)它們應(yīng)該存在。至于一個(gè)星系需要擁有多少恒星才能被稱為暗星系，目前仍存在爭(zhēng)議。而CDG-2之所以被認(rèn)為接近暗星系，是因?yàn)檠芯咳藛T在其附近發(fā)現(xiàn)了球狀星團(tuán)。

球狀星團(tuán)是由大量非常古老的恒星組成的緊密球狀群落，被認(rèn)為是宇宙早期恒星形成的遺跡。即使周圍的星系極為暗淡，球狀星團(tuán)本身仍然相對(duì)明亮，因此可以成為搜尋暗淡星系的重要線索。

研究人員發(fā)現(xiàn)4個(gè)彼此接近的球狀星團(tuán)，顯示它們很可能屬于同一個(gè)星系的結(jié)構(gòu)。然而在這些星團(tuán)周圍，只能看到極為稀疏的星點(diǎn)，顯示這個(gè)星系的恒星數(shù)量極少，而暗物質(zhì)比例則極高。

那么，一個(gè)星系為何會(huì)幾乎沒有恒星，只剩下暗物質(zhì)呢？研究人員推測(cè)，在星系形成早期，它雖然曾經(jīng)形成過一些星團(tuán)，但附近更大型的星系在經(jīng)過時(shí)，其強(qiáng)大的引力將該星系周圍的氫氣剝離，使其無(wú)法繼續(xù)形成新的恒星。最終只剩下一個(gè)暗物質(zhì)暈與少量球狀星團(tuán)。研究人員形容，這就像是一個(gè)“幾乎完全失敗的星系”。

研究顯示，CDG-2的亮度只有銀河系的0.005%。以星光亮度計(jì)算，它大約相當(dāng)于600萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)，而銀河系的亮度則約為200億個(gè)太陽(yáng)。

不過，要真正確認(rèn)CDG-2的暗物質(zhì)含量仍需要更多觀測(cè)。目前這項(xiàng)研究尚未使用詹姆斯．韋伯太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)?？茖W(xué)家認(rèn)為，在韋伯望遠(yuǎn)鏡更高解析度的觀測(cè)下，或許能發(fā)現(xiàn)更多細(xì)節(jié)，幫助我們了解CDG-2星系的形成過程，也讓人類更接近揭開暗物質(zhì)的真正面貌。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最暗淡的星系COD-2，它位在黃圈里，之所以認(rèn)定它是星系，是看到它前方有4個(gè)像砂點(diǎn)的球狀星團(tuán)，放大圖見下。 (圖/NASA)

4個(gè)“砂點(diǎn)”是4個(gè)球狀星團(tuán)，這是星系早期出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過分析已確認(rèn)它們是同時(shí)出現(xiàn)，位置也類似。因此科學(xué)家推測(cè)，這4個(gè)球狀星團(tuán)，是極暗淡星系COD-2的一部分。