天文學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)了一種此前未知的天體類型,昵稱為“云-9”,它可能揭示暗物質(zhì)——宇宙中最大的謎團(tuán)之一。
暗物質(zhì)是一種神秘物質(zhì),塑造著宇宙并為其提供結(jié)構(gòu)。雖然暗物質(zhì)從未被直接觀測到,但據(jù)認(rèn)為它占宇宙總物質(zhì)的85%,并且由于其引力效應(yīng)可以被探測到。
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根據(jù)周一發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的新研究,云-9被認(rèn)為是暗物質(zhì)云,可能是宇宙早期星系形成的遺跡。
“這朵云是通往黑暗宇宙的窗口,”研究合著者、巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所天文學(xué)家安德魯·福克斯在一份聲明中說。
“我們從理論上知道,宇宙中大部分質(zhì)量預(yù)計(jì)是暗物質(zhì),但由于不發(fā)光,很難探測到這種暗物質(zhì)。“Cloud-9”讓我們罕見地看到了以暗物質(zhì)為主導(dǎo)的云層,“福克斯說道,他隸屬于歐洲航天局(ESA)和天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會(huì)(AURA)。
有人推測暗物質(zhì)起源于138億年前導(dǎo)致宇宙誕生的大爆炸,構(gòu)成了宇宙云,但這些云從未積累足夠的氣體形成恒星。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的最新觀測顯示云9號(hào)無恒星。
“這是一個(gè)失敗星系的故事,”研究合著者、米蘭比科卡大學(xué)物理系助理教授、天體物理學(xué)家亞歷杭德羅·貝尼特斯-蘭拜說。“在科學(xué)中,我們通常從失敗中學(xué)到的比從成功中學(xué)到的更多。在這種情況下,沒有看到星星證明了該理論是正確的。它告訴我們,在本地宇宙中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)尚未形成的星系的原始構(gòu)件。”
未來對(duì)云的觀測,以及更多像云9號(hào)這樣的天體的發(fā)現(xiàn),可能有助于更深入理解暗物質(zhì)、星系形成與演化以及宇宙的早期。
與明亮恒星或充滿恒星的星系不同,失敗星系是黑暗的,這使得它們難以被發(fā)現(xiàn)。
研究團(tuán)隊(duì)表示,乍一看,Cloud-9可能被誤認(rèn)為是一個(gè)微弱的矮星系,或者是一個(gè)由約1000顆到數(shù)十億顆恒星組成的小星系。與擁有數(shù)千億顆恒星的銀河系相比,這些星系很小。
Cloud-9最早是在三年前,由中國貴州省五百米口徑球面望遠(yuǎn)鏡(FAST)在梅西耶94星系附近進(jìn)行氫氣調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后續(xù)觀測使用了格林班克望遠(yuǎn)鏡和超大陣列天文臺(tái),最新的哈勃發(fā)現(xiàn)證實(shí)了該失敗星系的無恒星特性。
“星系形成理論預(yù)測,需要最低暗物質(zhì)閾值才能點(diǎn)燃恒星形成,并將暗云轉(zhuǎn)變?yōu)槊髁恋男窍担备?怂拐f,“在Cloud-9中,我們有一個(gè)位于此閾值下方的物體,沒有恒星。”
該天體之所以被昵稱為“梅西耶94號(hào)”,是因?yàn)樗锹菪窍得肺饕?4號(hào)邊緣發(fā)現(xiàn)的第九個(gè)氣體云。氣體的輕微扭曲表明云與星系之間可能存在相互作用。
雖然天文學(xué)家此前也觀測過氫云,但云-9以緊湊且球形的特征突出,而非大小不規(guī)則。但這并不意味著Cloud-9不大。
核心由中性氫組成,直徑達(dá)4900光年。光年是光在一年內(nèi)傳播的距離,即5.88萬億英里(9.46萬億公里)。云中的氫含量約為太陽質(zhì)量的100萬倍。天文學(xué)家估計(jì),約有50億太陽質(zhì)量的暗物質(zhì)構(gòu)成了云層的其余部分。
“一定有大量看不見的引力將它固定在一起,”研究合著者、太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所助理天文學(xué)家瑞秋·比頓博士說。“我們看到的中性氫根本無法提供足夠的質(zhì)量;一定有一個(gè)暗物質(zhì)暈提供引力支撐“,并像云層的無形腳手架一樣支撐著。
比頓說,目前Cloud-9處于一種微妙的平衡狀態(tài)。
她在郵件中寫道:“它的質(zhì)量剛好足夠保持氣體,但又不足以迫使這些氣體形成恒星,”她在一封電子郵件中寫道,“這種稀有性解釋了為什么我們?cè)诒镜赜钪嬷袥]有發(fā)現(xiàn)許多此類天體——大多數(shù)暈要么完全失去氣體,要么成為完整的星系。”
團(tuán)隊(duì)指出,云九號(hào)仍有可能變成一個(gè)星系。如果天體積累更多質(zhì)量,云中的氣體將坍縮并破碎,導(dǎo)致恒星形成——這將使云-9轉(zhuǎn)變?yōu)橥黹_花星系。
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福克斯提到梅西耶94號(hào)時(shí)說:“另一種可能性是云團(tuán)質(zhì)量下降,如果它靠近M94,氣體會(huì)像風(fēng)洞中的云一樣被剝離,直到云消失。”
未來的高分辨率觀測可能為云9號(hào)核心提供更清晰的觀察,這座核心是“圣杯”,可能揭示該天體中心包含多少暗物質(zhì)。
比頓說:“我們可以排除某些暗物質(zhì)候選者——這是利用天體物理數(shù)據(jù)限制暗物質(zhì)粒子本質(zhì)的重要一步。”
雖然云9號(hào)是一顆引人入勝的云,但它并非首個(gè)在“暗星系”情景中被討論的云,更平凡的解釋也不可排除,英國基爾大學(xué)基爾天文臺(tái)臺(tái)長、天體物理學(xué)副教授雅科·范·盧恩博士說。
例如,研究中觀察到的另一顆氫云FAST J0139+4328最近被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)非常暗淡的星系,范·盧恩說。
“被發(fā)現(xiàn)屬于FAST J0139+4328的恒星質(zhì)量是他們認(rèn)為可能存在的十倍,因此可以想象在它們自身的云中,氫含量幾乎是FAST J0139+4328的百倍,存在一個(gè)比他們即使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也能探測到的更暗的星系。”他在一封郵件中寫道,有人可能會(huì)推測,但要聲稱光學(xué)暗氣體云是暗物質(zhì)遺跡,需要更有力且明確的證據(jù)。
范·盧恩未參與該研究,但在看到研究發(fā)布前的公告后,聯(lián)系團(tuán)隊(duì)并對(duì)云9號(hào)是暗物質(zhì)云的說法表示謹(jǐn)慎。他在研究的致謝中被提及。
與此同時(shí),團(tuán)隊(duì)繼續(xù)尋找類似物品,以確定云9號(hào)是個(gè)異類還是更大遺物群體的一部分。
安大略省金斯頓皇后大學(xué)天文學(xué)、天體物理學(xué)和相對(duì)論教授克里斯汀·斯佩肯斯博士表示,最新的哈勃觀測為這一引人入勝的天體增添了重要一塊。斯佩肯斯未參與這項(xiàng)新研究,但她曾使用格林班克望遠(yuǎn)鏡觀測云9號(hào)。
“進(jìn)一步研究這種無星氣體,比如其特殊形狀,將有助于揭示其作為無星星系或自由漂浮云的起源,”斯佩肯斯說,“無論其性質(zhì)如何,Cloud-9都是該領(lǐng)域未來光明的典范,幫助研究人員解開宇宙奧秘。”
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