【博科园-科学科普】星系和暗物质是紧密相连的，通常不会发现没有一个莫不如此。因此当研究人员发现一个名为NGC1052-DF2的星系时，几乎完全没有暗物质，故而感到震惊。耶鲁大学的首席作家Pieter van Dokkum说：发现一个没有暗物质的星系是出乎意料的，因为这种看不见的、神秘的物质是任何星系中最主要的方面。几十年来一直认为星系是由暗物质组成的。在那之后其他的一切都发生了：气体进入暗物质的光环，气体变成了恒星，它们慢慢地积累起来，然后就会得到像银河系一样的星系。NGC1052-DF2挑战了我们如何看待星系的标准观念。
NGC1052-DF2的复合彩色图像是由在Hawai'i's Maunakea的双子星上的双子-多目标光谱仪(GMOS)的观测构建的，在两个滤光片(g'和i')中观察到超扩散星系。图片版权：Gemini Observatory/NSF/AURA/Keck/Jen Miller
这项研究发表在3月29日的《自然》(Nature)杂志上，收集了来自双子座北和W. M.凯克天文台的数据，包括Maunakea, Hawai'i，哈勃太空望远镜，以及世界各地的其他望远镜。鉴于其体积庞大、外观暗淡，天文学家将NGC1052-DF2归类为超扩散星系，这是一种相对新型的星系，在2015年首次被发现。超扩散星系惊人的普遍。然而这种类型的星系中没有其他星系如此缺乏暗物质。耶鲁大学的研究生Shany Danieli说：NGC1052-DF2是一个奇怪的现象，即使是在这个不寻常的星系中。为了更深入地观察这个独特的星系，研究小组使用了双子座多目标光谱仪(GMOS)来捕捉NGC1052-DF2的详细图像，评估其结构，并确认星系没有与其他星系相互作用的迹象。
如果没有双子座的图像，我们就会缺少其他数据的背景。同时双子座确认NGC1052-DF2目前没有与另一个星系相互作用，这将帮助我们回答有关其出生条件的问题。Van Dokkum和他的团队第一次发现NGC1052-DF2与蜻蜓Telephoto阵列，这是新墨西哥的一个定制的望远镜，他们设计来寻找这些幽灵般的星系。NGC1052-DF2与蜻蜓Telephoto阵列和斯隆数字天空测量(SDSS)的图像进行比较时，形成了鲜明的对比。蜻蜓图像显示了一个微弱的“类似blob”的物体，而SDSS数据显示了一个相对明亮的点状来源的集合。
除了双子座的观测之外，为了进一步评估这种不一致性，研究小组利用Keck的深成像多目标光谱仪(DEIMOS)和低分辨率成像光谱仪(LRIS)，从NGC1052-DF2中几个明亮的光源中分离出了光，识别出10个球状星团。这些星系团是围绕星系核轨道运行的大型密集恒星群。在凯克望远镜上获得的光谱数据显示，球状星团的移动速度远远低于预期。系统中物体移动的越慢，系统中的质量就越小。研究小组的计算结果显示，银河系的所有质量都可以归因于恒星的质量，这意味着NGC1052-DF2中几乎没有暗物质。如果有任何暗物质的话，那就非常少了，星系中的恒星可以解释所有的质量，而且似乎没有任何暗物质的空间。
凯克在一个非常小的望远镜群中，甚至可以尝试这些观测，因为你需要一个大望远镜来测量这些精确的速度，”van Dokkum补充道。凯克也有一些世界上最好的光谱图来测量微弱物体的速度。我们有机会检查并确保我们在不确定的情况下得到了同样的结果，这让我们相信我们的做法是正确的。研究小组的结果表明暗物质与星系是可分离的。这一发现表明，暗物质是真实存在的——它与其他星系的组成部分是独立存在的。NGC1052-DF2的球状星团和非典型结构使天文学家们困惑，他们的目标是确定这个星系形成的条件。就像你拿了一个星系，只拥有恒星晕和球状星团，而它却忘记了制造其他一切，没有理论能预测这些类型的星系。银河系是一个完全的谜，关于它的一切都是奇怪的。你如何去形成这些东西是完全不知道的。
左:超弥散的星系富含球状星团，这是理解这个神秘物体的起源和质量的关键。右图:更近距离观察银河系内的球状星团，它们都比典型的亮得多，它们发出的光几乎和银河系中最亮的光一样多。由凯克天文台获得的光谱显示了用于确定该物体速度的吸收线。10个星团被观测到，提供了确定星系质量所需的信息，揭示了暗物质的缺乏。图片版权：Gemini Observatory / NSF / AURA / W.M. Keck Observatory / Jen Miller / Joy Pollard
然而研究人员确实有一些想法。NGC1052-DF2在大约6500万光年之外的星系群中，被巨大的椭圆星系ngc1052所控制。星系的形成是湍流和剧烈的，van Dokkum认为数十亿年前新生的巨大星系的生长可能在NGC1052-DF2的暗物质缺乏中发挥了作用。另一个想法是，在奇球星系中发生的灾难性事件，如无数大质量恒星的诞生，把所有的气体和暗物质都清除了，停止了恒星的形成。研究人员补充说，这些可能性是推测性的，并不能解释观测到的星系的所有特征。研究小组继续寻找更多的暗物质缺乏的星系。他们正在分析另外23个漫射星系的哈勃图像。其中3个似乎与NGC1052-DF2有相似之处，van dokum计划在未来几个月在凯克天文台跟进。我们之前知道的每个星系都有暗物质，它们都属于类似螺旋或椭圆星系的熟悉类别，但是如果没有暗物质，你会得到什么呢？也许这就是所能得到的。
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参考：Nature
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：双子座天文台
编译：中子星
审校：博科园
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