「這應該是不可能的」科學家發現不含暗物質的神秘星系

抬頭仰望星空,除了一閃一閃亮晶晶的星星之外,科學家們相信宇宙中還有很多眼睛看不到,卻帶有質量的「暗物質」,才能讓宇宙萬物維持著一定的平衡。然而,最近一份新的研究發現可能會打破一直以來,科學界對於暗物質的認知。

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眼睛看不到卻帶有質量

科學家們認為,宇宙中存在著一種肉眼看不見卻帶有質量的「暗物質」(dark matter),這種暗物質佔了整個宇宙 80%的質量。他們相信,暗物質是為了宇宙中萬物之間的引力而存在的。

少了暗物質  銀河系就會毀滅

以我們身處的銀河系(Milky Way)來說,因為銀河系旋轉的速度太快了,如果缺少了暗物質和肉眼看得到的星體之間產生引力相互作用,依據物理學定律,我們的銀河系馬上就會因為轉速太快而解體。

事實上,銀河系的暗物質比肉眼看得到的普通物質(ordinary matter)在整體的質量上多了 30倍。

整個宇宙應該都有暗物質

過去在科學家觀測的星系中,他們都能從中找到一些蛛絲馬跡,進而發現暗物質的存在。

但在上周三(28號),《Nature》上一篇新的論文指出,研究團隊發現了一個幾乎不含暗物質的星系。他們相信,這個發現可能大幅改變人們以前對於宇宙的想法。

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只是想觀察超稀疏星系

耶魯大學物理學家杜坎(Pieter van Dokkum)表示,他們一開始只是想利用美國夏威夷州凱克天文台(W. M. Keck Observatory)的大型天文望遠鏡來觀察「超稀疏星系」(ultra-diffuse galaxy),而選擇了距離地球 6,500萬光年遠的「NGC 1052-DF2」(以下簡稱DF2星系)。

DF2星系在 2015年被定為「超稀疏星系」,它和我們所在的銀河系大小相近,但相對於銀河系有 1千億顆恆星,DF2星系卻只有 4億顆恆星。

星團的重量加起來剛好

研究團隊發現,DF2星系只有很少量的恆星,而且這些恆星幾乎都集中在幾個非常明亮的星團(clusters)裡。

當研究團隊開始研究這些星團時,他們發現這些星團的重量加起來,幾乎就和整個DF2星系一樣。

這也意味著DF2星系可能不存在肉眼看不到、卻帶有質量的暗物質。

這支影片是哈伯望眼鏡從鯨魚星座(Cetus)開始,最後定格在DF2星系的影像。

從相對速度來找暗物質

由於暗物質從肉眼無法直接觀測得知,理論上,根據愛因斯坦的相對論,因為暗物質帶有質量,質量和重力場之間可以相互影響,科學家就能從量測星體間的相對速度,來找到這些看不見的暗物質質量。

具體來說,假如DF2星系中存在著肉眼看不見的暗物質,當DF2星系和我們的銀河系一起在宇宙中移動的話,就能發現DF2星系的光走得比我們快,或比我們慢。

速度幾乎一樣

然而,這次的研究卻發現DF2星系在宇宙中移動的速度,幾乎和位於銀河系的我們一樣。

根據我們和DF2星系之間的相對速度,研究團隊的杜坎指出:「和其他亮度相同的星系相比,它(DF2星系)的暗物質數量比我們預期的少了 400倍。」

「這應該是不可能的」

研究團隊的加拿大多倫多大學天文學家亞伯拉罕(Roberto Abraham)表示,一般而言,這麼大的銀河理論上應該存在著相對於一般物質質量 30倍以上的暗物質,但這次的發現卻完全找不到暗物質存在的跡象。

亞伯拉罕說:「這應該是不可能的。」

"Eine Galaxie ohne Dunkle Materie zu finden, ist unerwartet, weil diese unsichtbare, mysteriöse Substanz der...

Zora Milo 發佈於 2018年3月29日 星期四

圖為天文學家正在比對DF2星系的光波長,科學家能夠從波長的變化換算得出星系移動的相對速度。

目前技術仍不足

薩里大學(University of Surrey)的物理學家柯林斯(Michelle Collins)解釋道,距離星系越遠,星體越少,暗物質越多。

她表示,這意味著DF2星系可能有著不一樣的機制,來讓結構可以穩定存在於宇宙之中。

柯林斯強調,除了DF2星系之外,宇宙中可能還有其他星系也有著其他我們無法解釋的現象。她也說,以現階段的科學技術來說,宇宙中還有很多昏暗、微小的東西沒有辦法被我們觀察到。

暗物質存在的證據

北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)的天文學家馬克(Katherine Mack)博士相信,這項發現意味著暗物質是真實存在於宇宙之中的。

她認為,這次的發現證明了暗物質不一定要和普通物質一起出現,暗物質可以存在、也可以不存在的性質,正好證明了暗物質是一種真實存在的物質,而不是科學家為了滿足理論上的計算,而想像出來的東西。

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兩年前曾找到正好相反的例子

杜坎表示,他和他的研究團隊會繼續尋找宇宙中還沒有類似的星系,或其他「奇怪的」現象。

他說,他們曾在 2016年發現一個和DF2星系正好相反的例子:有一個轉速非常快的星系,幾乎是由 99.99%的暗物質所組成的——然而,他們還無法確知這兩種正好相反的星系究竟是怎麼形成的。

「對暗物質的理解太少了」

對於這次的研究發現了存在不含暗物質的星系,而且極有可能推翻科學家過往對於暗物質的想像,杜坎坦言:「我們對於暗物質的理解太少了」,他也很歡迎大家一起提出看法,進行更多探究。

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