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作者：西班牙加纳利天文学研究所
翻译：FL
校对：DAIKIN
编排：况宇庭
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤
原文：https://phys.org/news/2020-10-puzzle-strange-galaxy-dark.html
哈勃太空望远镜拍摄的超弥散星系“蜻蜓44”图像。
图源：泰摩尔·赛福拉希（Teymoor Saifollahi）与美国宇航局/哈勃太空望远镜
目前，假如没有无处不在却又神不可测的暗物质，星系的形成是难以理解的。天文学家测算了众多星系周围的暗物质，发现其数量大约是可见物质的10到300倍。然而，几年前发现的一个稀疏天体改变了这一观点。观测表明，这个名为“蜻蜓44”的星系其暗物质质量是其可见恒星质量的10,000倍！震惊之余，天文学家们努力观察这个物体是否真的天赋异禀，抑或是在分析观测结果的过程出现纰漏？现在，真相终于大白于天下！
由格罗宁根大学（荷兰）卡普坦研究所领导，并由西班牙加纳利天文学研究所（IAC）和拉拉古纳大学（ULL）参与的一个国际小组，研究了“蜻蜓44”周围的球状星团总数。此次测算得出的暗物质含量比先前发现的少得多，这表明这个星系既不独特、也不异常。 这一结果最近发表在英国皇家天文学会月刊（MNRAS）上。
“蜻蜓44”星系是在对后发座星系团的深入调查中发现的，后发座星系团由上千个星系构成。研究伊始，这个星系曾被研究人员认为非同寻常，因为从其中推断出的暗物质总量几乎和银河系的一样多，也就是相当于十亿个太阳质量！
星系扎堆的后发座星系团
图源：Russ Carroll, Robert Gendler, Bob Franke以及Dan Zowada纪念天文台
我们的银河系包含大约一千亿颗恒星，然而“蜻蜓44”星系只含有约一亿颗恒星，仅为银河系的千分之一。这意味着其暗物质的质量是其所含恒星的一万倍。如果这是真的，它将是一个极为独特的天体，其暗物质的总量几乎是预期量的100倍。
然而，通过对“蜻蜓44”周边球状星团系统的详尽分析，研究人员发现球状星团的总数只有20个，暗物质的总量约为发光物质的300倍，这意味着它并没有远超这类星系的正常值。
IAC研究员、论文的合著者伊格纳西奥·特鲁希略（Ignacio Trujillo）解释道：“事实上，我们只发现了20个球状星团，而此前研究据称发现了80个星团。这意味着之前测算的‘蜻蜓44’内暗物质数量大打折扣。此外，根据我们发现的球状星团数量，‘蜻蜓44’星系中的暗物质总量与这类星系的预期一致。发光物质与暗物质的比例不再是万分之一，而是300分之一。”特鲁希略补充道。
多年来，“蜻蜓44”被认为是一个异类，拥有一般星系所hold不住的超量暗物质，完全无法用现有的星系形成模型解释。“但现在我们知道，以前的研究结果是错误的，‘蜻蜓44’并不独特。以后咱不用跟他瞎耽误功夫了，可以翻篇儿啦。”卡普廷研究所研究员，这篇文章的第一作者泰摩尔·赛福拉希（Teymoor Saifollahi）指出。自此，“蜻蜓44”不再神秘，向99.9%的暗物质组成说拜拜吧。
“我们的工作表明，这个星系并不太奇异，也并非出人意料。现有的星系形成模型就可以解释它，无需修改。”另一位 IAC 研究员，球状星团专家，本文的合著者麦扣·比斯利（Michael A. Beasley）如是说。
球状星团的总数与星系的总质量有关。因此，如果测量出球状星团的数量，就可以得到对应暗物质的数量，特别是当可见物质的数量只是总质量的一小部分时。
“然而，对于球状星团总数和星系总质量之间的这种关系，我们并没有一个理论解释，这纯粹是一种直观经验。这可能是与恒星和球状星团本身形成的原始气体数量有关。也就是说，星系中的暗物质越多，它包含的气体就更多。”IAC研究员、本文的合著者约翰·克纳彭（Johan H. Knapen）表示。
小知识
什么是暗物质？
天体物理学家认为，宇宙构成的27%是暗物质，68%是暗能量，最后剩下的那5%才是可见物质。暗物质能产生引力，将恒星们凝聚在一起形成星系；暗能量则完全相反，它让星系间保持距离并使整个宇宙不断加速膨胀。
暗物质不可见，它不发射、反射或吸收光或任何类型的电磁辐射，例如X射线或无线电波。因此，暗物质是无法直接检测到的。除了对引力波的检测之外，我们对宇宙的所有观测都涉及捕获望远镜中的电磁辐射。
但是暗物质确实会与普通物质相互作用。它对宇宙中的大型结构（如星系和星系团）表现出可测量的引力作用。因此，天文学家即使无法直接看到暗物质，也能够用测量暗物质通过重力对普通物质的影响来绘制宇宙中暗物质分布图。
责任编辑：王延昕
牧夫新媒体编辑部
『天文湿刻』 牧夫出品
飞马座中的星系
Image Credit & Copyright: Robert Eder