这个孤立的星系却充满了暗物质

  • 2019年06月07日 08:10
  • 来源:博科园
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天文学家利用美国宇航局钱德拉x射线天文台的数据,发现了一个被孤立了数十亿年的星系,其核心中包含的暗物质比预期要多。

这个孤立的星系却充满了暗物质

天文学家利用美国宇航局钱德拉x射线天文台的数据,发现了一个被孤立了数十亿年的星系,其核心中包含的暗物质比预期要多。这个星系被称为Markarian 1216(缩写为Mrk 1216),包含的恒星年龄在宇宙年龄的10%以内,也就是说,几乎和宇宙本身一样古老。科学家们发现它经历了与典型星系不同的演化过程,无论是在它的恒星方面,还是通过引力将星系凝聚在一起的无形暗物质方面。mrk1216属于椭圆型星系家族,其中心的恒星密度比其他大多数星系都要高。

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天文学家们认为它们是红色致密星系的后代,这些星系被称为“红块”,在大爆炸后大约10亿年形成,但在大约100亿年前停止了增长。如果这个解释是正确的,那么mrk1216中的暗物质和它的星系表亲也应该被紧密地包裹起来。

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为了第一次验证这个想法,两位天文学家研究了距离Mrk 1216中心不同距离热气体的x射线亮度和温度,这样就可以“称”出星系中央存在多少暗物质。加州大学欧文分校的戴维·布奥特(David Buote)说:

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当我们将钱德拉数据与计算机模型进行比较时,发现暗物质的浓度比在其他总质量类似星系中发现的要高得多。这告诉我们,mrk1216的历史与典型星系非常不同。基本上它所有的恒星和暗物质都是在很久以前形成,在过去的100亿年里几乎没有增加。根据这项新研究,在大爆炸后大约30到40亿年,围绕着Mrk 1216中心形成了一个光环,或者说是一个模糊的暗物质球体。这个光晕被认为比星系中的恒星还要大,这样一个红金块星系的形成是今天所看到许多椭圆星系的典型特征。

然而,与Mrk 1216不同的是,当较小星系在宇宙时间内与它们合并时,大多数巨大的椭圆星系继续逐渐变大。研究报告的撰写者之一、加州大学欧文分校的艾伦·巴斯说:在相对较近的地方看到Mrk 1216等致密椭圆星系中,恒星的年龄和密度提供了第一个关键证据,证明它们是远距离观测到“红色金块”的后代。这里看到的暗物质光晕证明了这一点,此前,天文学家估计mrk1216中的超大质量黑洞比预期更大。

然而,这项最新研究得出的结论是,黑洞质量可能不到太阳质量的40亿倍。这听起来很多,但对于像mrk1216这样大的星系来说,它的质量可能并不大。研究人员还寻找了星系中心超大质量黑洞爆发的迹象。他们在高温气体中发现了一些空洞,类似于在其他大质量星系和英仙座星系团中发现的空洞,但需要更多数据来证实它们的存在。mrk1216数据也提供了关于暗物质的有用信息,由于暗物质从未被直接观测到,一些科学家质疑它是否存在。

在这项研究中,Buote和Barth用标准“牛顿”引力模型和一种被称为修正牛顿动力学(modified Newtonian dynamics,简称MOND)的替代理论解释了钱德拉星系数据。结果表明,这两种引力理论都要求在mrk1216中心有相同数量的暗物质,有效地消除了MOND解释的必要性。在未来,科学家希望进一步研究暗物质的性质,暗物质在mrk1216中心的密集堆积,可能为预测不那么集中的暗物质非标准理论提供了一个有趣的测试,比如暗物质粒子通过引力以外的其他方式相互作用。其研究发现发表在《天体物理学》上。

博科园|研究/来自:Chandra X-ray Center

参考期刊《天体物理学》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab1008

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