一個奇怪的現象，為何遠古星系不怎麼受暗物質影響？

我們以為可以了解你，而你卻總是給我們驚喜。

左側是和我們距離較近的現代星系，右側是離我們非常遙遠的遠古星系。遠古星系外圍區域自轉速度為何遠低於現代星系？（ESO）

最近，以德國普朗克地外物理研究所Reinhard Genzel為首的一個國際天文科研團隊，利用歐洲南方天文台的設備，對六個位於遙遠宇宙中的大型產星星系自轉進行了測量，結果發現了一個令人吃驚的現象。

大約100億年前，宇宙迎來了一波產星高峰，大批恆星在此時被製造出來。我們現在看到的這六個星系，都處在這個時期。而天文學家的發現是，這些遠古星系外圍區域的自轉速度，與其中心部分的自轉速度相比非常慢，比現代星系要慢得多。

左側是和我們距離較近的現代星系，右側是離我們非常遙遠的遠古星系。通過對比它們的自轉曲線可以看出，現代星系外圍區域的自轉速度基本上一直呈上升趨勢，而遠古星系外圍區域的自轉速度發生了明顯的下跌。（ESO）

星系外圍區域自轉速度過快，是存在於所有星系身上的一個謎。通過電磁輻射測定的星系普通物質——也就是可見物質的總量表明，它們不足以讓星系外圍保持如此快速的自轉，否則星系就會解體。但事實卻和人們的預料相反。因此天文學家認為，必然有一種既不發射，也不吸收和反射電磁輻射——也就是廣義光的物質存在。我們看不見它們，它們也只擁有質量，只提供引力，維持著星系的高速自轉。我們稱這種假想中的物質為「暗物質」。

如果暗物質確實存在，那麼遠古星系這種相對較慢的自轉表明了兩種可能：一是這些早期的巨型星系主要成份是普通物質，它們所含的暗物質總量要遠遠少於現代星系，因而暗物質對它們的影響不大；二是這些遠古星系星盤的無序程度，要比現代旋渦星系高。

星系自轉對比動畫。左側是和我們距離較近的現代星系，右側是離我們非常遙遠的遠古星系。粉紅色代表暗物質。（ESO）

這兩種現象在遙遠的過去都是存在的，而且年代越久遠越顯著。宇宙大爆炸後大約30至40億年時，星系中的氣體已經能夠有效地凝聚成一個扁平的自轉圓盤，但此時星系四周的暗物質只是鬆散地包裹著它。只有在經歷了幾十億年的「濃縮」過程後，暗物質團塊才會變得足夠緊緻，才能對星系的自轉產生主導性影響——正如今天我們在現代星系身上看到的那樣。

所以遠古星系自轉偏慢雖然令人吃驚，卻也不是一個不合理的現象。觀測和模擬結果表明，早期星系比現代星系擁有更多的氣體，它們也比現代星系更緊湊。在那些高紅移星系（指那些離我們極為遙遠的星系，它們的退行速度非常快，因而會產生非常高的紅移）中，如果普通物質佔到星系物質總量的一半以上，那麼它們就會對星系的動力學特徵產生主導性影響。