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银河周围发现大量卫星星系 暗物质理论受挑战(图) (引用)  

2012-05-28 21:32:22|  分类: 天文学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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科学家推测银河系在110亿年前与另外一个星系发生碰撞
 
  据国外媒体报道,科学家通过最新的研究发现,在我们银河系周围存在一个巨大“结构”的卫星星系和恒星团,并围绕着银河系运动。天体物理学家对这一发现感到十分地惊讶,因为如此巨大的结构在理论上将带来与暗物质相关的麻烦。暗物质作为宇宙中极为神秘的物质,只能通过重力效应间接察觉,更不用说通过可见光直接观测了,科学家认为暗物质占据了整个宇宙质量的23%。
  这一发现是目前为止最新的关于暗物质存在的观测研究,揭晓了暗物质分布的特点。但是就在上周,天文学家宣布在太阳附近的宇宙空间并没有检测到暗物质的存在,根据目前普遍接受的理论,暗物质应该在那儿存在,而事实却相反。
  由德国波恩大学的天文学家马塞尔·帕沃夫斯基(Marcel Pawlowski)领导的研究小组希望借此揭开银河系周围暗物质分布的情况。他们收集了大量的银河系周围宇宙空间的图像等数据,从20世纪的感光底片拍摄素材到目前最先进、覆盖最广的斯隆数字巡天计划所拍摄的图像,重建出银河系周围卫星星系的具体信息。
 银河周围发现大量卫星星系 暗物质理论受挑战(图) - 科学探索 - 科学探索

 
银河系周围的卫星星系分布示意图
 
  该研究小组调查了银河系周围大约20个卫星星系,其中包括一些矮星系和球状星团,发现它们散布在一个较为完整的平面上,该平面与银盘形成了一个不偏不倚的角度。对此,同为波恩大学的天文学家、本项研究的合著者之一帕维尔·克劳帕(Pavel Kroupa)认为:从当前的理论上看,这个现象已经完全违反了我们先前对暗物质的认知。
  我们朝任意一个方向观测,应该能够找到一些银河系的卫星星系。这是因为当前的星系形成以及演化模型基于暗物质存在的前提下,由此预测出银河系周围的伴星系起源于多个不同的方向上,并最终形成类似球状分布于银河系周边的宇宙空间中。但是,帕维尔·克劳帕认为本次发现隐含了一个信息,即在这片宇宙空间中没有暗物质存在。
  这是宇宙学中的“混乱”吗?根据当前标准的星系形成理论,暗物质可看成引力的“支架”,使正常物质稳定在这个框架内,并在早期宇宙中演化出星系。当如银河系这类块头较大的星系形成后,根据标准星系演化模型,剩余的“材料”将均匀地形成数以百计的小卫星星系,并围绕在中央主星系周围。
 银河周围发现大量卫星星系 暗物质理论受挑战(图) - 科学探索 - 科学探索

 
银河系与大小麦哲伦星云的相对位置
 
  为了解释银河系周围卫星星系奇怪的分布情况,波恩大学的研究人员认为银河系曾经在110亿年前与一个附近的星系发生碰撞,这个观点可以用以解释为什么一些卫星星系的年龄非常古老。参与本项研究的天文学家帕沃夫斯基(Pawlowski)认为:根据这个思路,银河系从其他星系中“汲取”了材料,在引力的作用下将碰撞产生的碎片聚拢,由此形成了矮星系和球状星团,这便是我们现在所看到的银河系卫星星系。自那以后,残余物质在运行的过程中,形成了围绕在银河系周围的旋转盘面。
  波恩研究小组声称该研究成果将对星系形成的暗物质模型带来沉重打击,因为该理论显示了星系形成过程中不需要暗物质理论介入,由此我们将不得不完全、彻底地重新思考宇宙学,可以说现在的宇宙学基本上是“一片废墟”。
 

 银河周围发现大量卫星星系 暗物质理论受挑战(图) - 科学探索 - 科学探索
加州大学模拟在暗物质介入下人马座矮星系与银河系相撞图像
 
  虽然本项研究给予暗物质理论一个沉重的打击,但是该理论并非一无是处,其他天文学家也不愿意放弃暗物质在星系形成以及演化中所起作用的研究成果。根据位于贝林厄姆的西华盛顿大学天文学家肯·赖恩斯(Ken Rines)介绍:虽然本项研究具有一定的代表性,但是过早地否定了暗物质在星系演化中扮演的角色。星系形成是一项非常棘手的研究,我们现在还不了解详细信息,而一些细节上的发现可能成为解决问题的钥匙,并最终揭开为什么银河系的卫星星系分布如此不寻常。
  即便暗物质模型介入可能被证明是错误的,但这些矮星系神奇的排列对齐方式更有可能是个迷团。根据佛罗里达州大西洋大学的天文学家苏坎亚·查克拉巴蒂(Sukanya Chakrabarti)认为:我们也需要持怀疑态度看待改写星系形成模型的新研究。她也认为星系碰撞的假说可以用于解释银河系周围卫星星系诡异的平面分布现象。
 银河周围发现大量卫星星系 暗物质理论受挑战(图) - 科学探索 - 科学探索

 
银河系的棒状核心与数条悬臂分布图
 
  但是该模式不能解释为什么卫星星系当前存在某种引力行为,如果它们有更多的可见质量那么我们就可以用可见物质来解释。这就暗示了一个主要原因:即科学家认为暗物质在卫星星系附近是存在的。不论暗物质是否在星系形成以及演化过程中起到一定作用,佛罗里达州大西洋大学天文学家查克拉巴蒂认为有一点是肯定的,暗物质所分布之处可带来总质量上的增加。
  参与本项研究天文学家帕维尔·克劳帕反驳道:星系形成与演化以及行为并不是一个问题,因为该现象已经被其他引力理论证明过多次,比如牛顿动力学就可以完美地描述星系的行为,其中自然也包括卫星星系的行为。由于牛顿动力学是一个修改过的理论,其基础理论为牛顿引力理论,而对于牛顿动力学在宇宙学上的弱点,该理论的支持者认为恒星和星系的运动可以用牛顿动力学来解释,但是其适用范围并不包括暗物质。
 

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在黑暗的夜空中舞动的银河系暗物质
 
  尽管如此,天文学家查克拉巴蒂认为:“对于当前暗物质模拟不能用于解释银河系卫星星系不寻常的行为,我并不感到惊讶。”然而,暗物质模拟在宇宙大尺度结构演化过程中却表现出色,很明显当我们将该模型应用于解决星系尺度的问题时,就会变得不太靠谱,这是因为星系尺度结构涉及到更多的变量,而且变量间还存在相互作用,随着在时间上的累积,各种未知的作用就会放大,足以影响模拟结果。
  查克拉巴蒂补充道:“如果你忽视了这些问题,利用暗物质模型在星系尺度上进行模拟,想得到一个非常详细的分析,就比如推算出银河系所有卫星星系的分布位置,那么看似无关的变量便会导致试验结果的偏差。当前星系形成与演化的模拟存在不完整性,但这并不意味着暗物质介入理论不是一个可行的概念。”本项研究的详细结果将会刊登在最新一期的《皇家天文学会》月报上。

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