没有暗物质的星系如何存在

加州大学尔湾分校：天体物理学家报告说，当微小的星系与更大的星系相撞时，更大的星系可以剥离更小的星系的暗物质——我们无法直接看到的物质，但天体物理学家认为这些物质必须存在，因为没有它的引力效应，它们不能不能解释诸如星系恒星运动之类的事情。

在一项新的自然天文学研究中，由加州大学欧文分校和波莫纳学院的天体物理学家领导的一个国际团队报告说，当微小的星系与更大的星系发生碰撞时，更大的星系可以剥离更小的星系的暗物质——物质我们无法直接看到，但天体物理学家认为它一定存在，因为如果没有它的引力效应，他们就无法解释诸如星系恒星运动之类的事情。

这是一种有可能解释星系如何能够在没有暗物质的情况下存在的机制——这曾经被认为是不可能的。

它始于 2018 年，当时普林斯顿大学和耶鲁大学的天体物理学家 Shany Danieli 和 Pieter van Dokkum 观察到两个似乎在没有大部分暗物质的情况下存在的星系。

“我们预计会有很大一部分暗物质，”最新研究的合著者 Danieli 说。“老实说，这非常令人惊讶，而且很幸运。”

van Dokkum 和 Danieli在 2018 年的《自然》论文和 2020 年的《天体物理学杂志快报》论文中报道了这一幸运发现，使星系需要暗物质的范式陷入混乱，可能会颠覆天体物理学家所认为的星系如何工作的标准模型。

“在过去的 40 年里，人们已经确定星系有暗物质，”波莫纳学院的天文学教授豪尔赫·莫雷诺说，他是这篇新论文的主要作者。“特别是，低质量星系往往具有明显更高的暗物质分数，这使得达涅利的发现相当令人惊讶。对我们中的许多人来说，这意味着我们目前对暗物质如何帮助星系生长的理解需要紧急修正。”

该团队运行了计算机模型，模拟了宇宙的一大块——大约 6000 万光年宽——从大爆炸后不久开始一直运行到现在的演化。

该团队发现了七个没有暗物质的星系。在与质量大 1000 倍的邻近星系发生几次碰撞后，它们的大部分物质被剥离，只剩下恒星和一些残留的暗物质。

“这纯粹是偶然，”莫雷诺说。“在我制作第一张照片的那一刻，我立即与 Danieli 分享了它们，并邀请她合作。”

设计新模拟的苏黎世大学教授罗伯特费尔德曼说：“这项理论工作表明，缺乏暗物质的星系应该非常普遍，尤其是在大质量星系附近。”

UCI 的詹姆斯·布洛克 (James Bullock) 是一位天体物理学家，他是低质量星系方面的专家，他描述了他和团队如何建立他们的模型并不是为了创造没有暗物质的星系——他说这让模型变得更强大，因为它不是t 以任何方式设计来创建他们最终发现的碰撞。“我们不预设相互作用，”布洛克说。

确认没有暗物质的星系可以在一个存在大量暗物质的宇宙中得到解释，这让像布洛克这样的研究人员松了一口气，他的职业生涯和他在其中发现的一切都取决于暗物质是使星系表现得如此的东西.

“观察到存在无暗物质星系让我有点担心。” 布洛克说。“我们有一个成功的模型，经过几十年的努力开发，宇宙中的大部分物质都是黑暗的。大自然总是有可能在愚弄我们。”

但是，莫雷诺说，“你不必摆脱标准的暗物质范式。”

既然天体物理学家知道一个星系是如何失去暗物质的，莫雷诺和他的合作者希望这些发现能够激发研究人员在夜空中寻找真实世界中的大质量星系，它们可能正在从较小的星系中剥离暗物质。

“这仍然不意味着这种模式是正确的，”布洛克说。“一个真正的测试将是看看这些事情是否以符合我们预测的频率和一般特征存在。”

作为这项新工作的一部分，拥有土著血统的莫雷诺获得了切罗基领导人的许可，以命名在他们的模拟中发现的七个无暗物质星系，以纪念切罗基的七个部落：鸟、蓝、鹿、长发、油漆、野马铃薯和狼。

“我觉得与这些星系有个人联系，”莫雷诺说，他补充说，正如更大的星系剥夺了较小星系的暗物质一样，“许多土著血统的人被剥夺了我们的文化。但我们的核心仍 然存在，而且我们仍在蓬勃发展。”