能找到嗎？在宇宙中最小的星系中尋找暗物質

來自薩里大學和愛丁堡大學的天體物理學家們發明了一種新方法來測量微小「矮星系」中心的暗物質數量。暗物質構成了宇宙的大部分，但它仍然難以捉摸。根據性質，它可以密集地集中在星系中心，或者更平滑地分布在更大的尺度上。通過將星系中暗物質的分布與具體模型進行比較，研究人員可以測試或排除不同的暗物質候選者。對暗物質最嚴格限制來自於宇宙中最小的星系，「矮星系」。其中最小的只有幾千或幾萬顆恆星——所謂的「超弱」矮星。

在左邊，看到一個計算機模擬的結果，在這個計算機模擬中，Eridanus II在一個稠密的暗物質「光暈」中，就像在標準宇宙模型中所期望的那樣。星系團(在綠色中)迅速溶解在這個模型中。因此可以排除這種模式，因為今天在Eridanus II看到了一個古老的倖存星團。在右邊看到一個類似的計算機模擬，在這個模擬中，Eridanus II居住在一個更低密度的暗物質「光環」中。在這個模型中，星系團不僅能存活，而且還能長到與Eridanus II中觀測到的星系團相匹配的大小，中間是綠色圓圈。圖片：Observational image taken from Crnojevi et al. 2016; composite image produced by Dr Maxime Delorme (University of Surrey)

在靠近銀河系軌道上發現這些小星系幾乎完全是由暗物質構成的。如果這些微小星系中暗物質的分布能夠被描繪出來，它就能提供有關其性質的令人興奮信息。然而由於完全沒有氣體和含有極少的恆星，直到最近，沒有可行的方法來進行這種測量。英國薩里大學(University of Surrey)的一組科學家在《皇家天文學會(MNRAS)月刊》發表的一項研究中，開發了一種計算矮星系內部暗物質密度的新方法，即使它們沒有氣體和極少的恆星。該方法的關鍵是利用一個或多個密集的恆星團，環繞在小矮人的中心附近。星系團是圍繞在星系內的恆星的引力束縛集合與星系不同的是，星系團的密度如此之大，以至於恆星在引力作用下彼此分散，導致慢慢膨脹。

當研究團隊意識到這一擴張速度取決於恆星團所在的引力場時，以及在主星系中暗物質分布情況時，他們做出了關鍵的新發現。研究小組使用了大量的計算機模擬來展示星團的結構對暗物質是否密集地聚集在星系中心，或者更平穩地分布。然後研究小組將他們的方法應用到最近發現的「超微弱」矮星系——Eridanus II，發現其中心的暗物質比許多模型預測的要少得多。來自薩里大學的Filippo Contenta博士和該研究主要作者說：我們已經開發出一種新的工具來揭示暗物質的本質，並且已經取得了令人興奮的結果。

已知的最小星系之一的Eridanus II，其中心的暗物質比預期的少。如果在更大星系樣本中發現類似的結果，這可能會對暗物質的性質產生廣泛影響，希望可以使用星團了解暗物質，所以它是非常令人興奮的工作。薩里大學(University of Surrey)研究報告的合著者賈斯汀里德(Justin Read)教授補充說：如果暗物質包括一個弱相互作用的『冷』粒子(即目前最受歡迎的暗物質模型)，那麼我們就很難理解我們對Eridanus II的研究結果。一種可能性是，在Eridanus II中心的暗物質被猛烈的恆星形成「加熱」，正如一些最近的數值模型所暗示的那樣。然而更誘人的是，暗物質比我們想像的要複雜得多。

博科園-科學科普｜參考期刊： 皇家天文學會月報｜來自：薩里大學

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