科學家發現「另類」矮星系 挑戰經典矮星形成理論
來源：光明網
光明網訊（記者宋雅娟）11月26日凌晨，國際科學期刊《自然·天文》（Nature Astronomy）在線發布我國天文學家的一項重要發現：他們發現在近鄰宇宙有一類特殊的矮星系，在其幾萬光年的半徑內，都主要由重子物質構成，暗物質只佔其中一小部分。這與目前在標準宇宙學模型下的矮星系形成理論預言相違背，從而對冷暗物質的本質提出質疑，對經典的矮星系形成理論提出挑戰。該工作以中國科學院國家天文台科研團隊為首，聯合北京大學和清華大學的科研團隊共同完成。
圖1： 暗物質主導了結構形成， 星系在由暗物質主導的暗暈中形成和演化。圖示為超級計算機模擬的結構形成，邊長大概2億光年。 從黑色、綠色、黃色、粉色到白色顯示了密度從低到高的變化，暗暈對應於白色的高密度區域。
在以暗能量和冷暗物質主導的標準宇宙學模型下，星系在暗物質暈中形成和演化。在大質量的系統中，重子比例可達到宇宙的平均值，這一比例隨著暗暈質量的減小迅速降低。由於低質量系統束縛重子的能力比較弱，在矮星系系統中，通常認為其重子物質含量相對於暗物質是非常少的，這也在我們銀河系和本星系群的衛星星系中得到證實。不同於大的星系，在這些衛星星系中，即使在半光半徑之內，都是暗物質主導的。遺憾的是，由於矮星系的光度非常暗，目前關於矮星系中的動力學研究只能局限在非常近鄰的宇宙中，大部分在本星系群內或者本星系群周圍。
圖2：新發現的奇特矮星系之一—— UGC7920。 圖片來源：DECaLS-DR8
以中國科學院國家天文台郭琦研究員為首的科研團隊，結合斯隆數字化光學巡天和Arecibo的中性氫巡天結果，首次對本星系群外的矮星系的動力學展開統計研究。他們發現了一類特殊的矮星系，不同於以往的觀測數據和數值模擬的預言結果，這些矮星系在HI覆蓋的區域都是由重子物質主導的。中性氫覆蓋區域通常在幾萬光年，在典型的矮星系系統中， 該區域的暗物質質量是重子物質質量的十到幾百倍。特別地，他們發現的這類矮星系大部分是孤立系統，並不會受到外界環境的影響。目前，在標準宇宙學模型下，沒有任何理論或者數值模擬能夠解釋這類星系的形成。
這一發現對標準宇宙學模型，以及該模型下的星系形成理論提出了重大質疑，促使人們重新審視暗物質的本質——溫暗物質或者Fuzzy暗物質模型將更易於解釋此類矮星系的形成。另一方面， 極端條件下的重子過程也提供了可能的一種解釋。回答這些問題將需要進一步藉助更先進的望遠鏡。
