新發現，暗物質在瀕死星系中表現不同！

關於暗物質幾乎一無所知，但現在知道：暗物質在舊星系的邊緣與在新星系的邊緣表現不同（即暗物質在瀕死星系中表現不同）。暗物質是我們在宇宙中看不到的東西，它構成了宇宙的大部分質量，但不發光。然而，它確實用引力拉動一切。宇宙中的一切都像是被我們看不見巨大而厚重的雲所牽引，天文學家只是不確定那是什麼東西。不過，2019年1月3日發表在《皇家天文學會月刊》(Monthly bulletin of the Royal Astronomical Society)上的一篇新論文有助於縮小這個範圍。科學家們所知的大部分暗物質存在於「光環」（光暈）中，即星系中的雲中。但有一個問題：根據計算機模擬，這些內核的行為並不像它們應該的那樣。

博科園-科學科普：當研究人員模擬暗物質暈的行為時，這些結構通常會形成某種形狀：星系中心密集的暗物質球，周圍環繞著雲霧繚繞的物質。天文學家稱之為暗物質的「cusp-core」分布。但在現實中，許多星系的表現就好像暗物質在星系的外圍運行，圍繞著一個或多或少沒有可見物質的「核心」。天文學家將這種差異稱為「cusp-core核」問題。對「cusp-core核」問題的普遍解釋，被稱為「自相互作用暗物質」(SIDM)模型，表明暗物質不僅完全存在於我們能夠直接探測和理解的物理之外，而且還利用未知的力量作用於自身。如果暗物質與自身的相互作用不同於它與普通物質的相互作用，這就可以解釋它是如何從星系中心向邊緣運動。

在一個模擬中，隨著新恆星的形成，暗物質從星系中心流出。右邊那個星系的真實數據與模擬結果非常接近。圖片：J. Read et al.

但新的研究表明，這種解釋可能過於複雜。另一種力量可以將暗物質推離星系中心：暗物質加熱。這指的是恆星形成過程中產生的強烈能量和風將暗物質推離星系中心(大多數新恆星形成的地方)。但是這種現象幾乎沒有直接的證據，即使有，也不清楚這種加熱是否足以解釋暗物質分布模型和觀測結果之間的差異。然而，這篇新論文認為暗物質加熱是正確的解釋。作者研究了16個矮星系，大致分為兩類：數十億年前停止形成恆星的星系，以及最近停止或仍在形成恆星的星系。研究人員發現，較老、較不活躍的星系往往有暗物質「cusp-core」——在中心有大量暗物質的區域，更活躍的星系往往有空洞核心。新發現表明暗物質加熱是真實存在，在暗物質的行為中起著重要作用。

那些很久以前就停止形成恆星的星系，也沒有足夠的能量將暗物質推離星系中心。在這些情況下，暗物質的表現就像簡單模型預測的那樣。更活躍的恆星形成星系有更多的熱量，這使得那裡的暗物質偏離了模型。如果這個發現是正確的，它縮小了暗物質可能是什麼的可能性，雖然不是戲劇性的：它只是某種會被吹出一個有很多新恆星星系中心的東西。這個結果可能意味著沒有必要提出各種奇怪的暗物質性質來解釋物質的行為。然而，沒有什麼是確定的。研究人員在論文中承認，他們研究所依賴的模擬暗物質的方法受到了一些批評。可能還有其他的星系，它們的性質介於「cusp-core」和核心模型之間，這將使新的發現複雜化。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻:《皇家天文學會月報》

文: Rafi Letzter/Live Science

DOI: doi.org/10.1093/mnras/sty3404

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