原标题:4400万光年外,一个星系挑战现有理论,科学家如何捍卫成功?
去年3月份,科学家们在距离地球大约4400万光年远的位置发现了一个神秘的星系——NGC 1052-DF4。
乍看之下,NGC 1052-DF4也没什么特别的,只是个头稍微小一点,属于矮星系。在仔细观察之后,科学家们发现了诡异之处:这个矮星系里竟然几乎没有任何暗物质!
自从科学家们根据对河外星系的观测提出了暗物质的预言之后,宇宙中发现的所有星系都包含这种完全看不见、而且除了引力之外不和可见物质有任何相互作用的神秘物质。只有两个星系打破了这种规律,一个是NGC 1052-DF2,还有一个就是NGC 1052-DF4。
在第一个没有暗物质的星系被发现时,科学家们还有理由心存疑虑,因为这可能源自于观测误差或者一些小概率事件。而NGC 1052-DF4的发现给无暗物质星系提供了另一个“证据”,着实令科学家感到十分头疼。
在暗物质理论广为接受的今天,发现没有暗物质的星系反而成了一个巨大的悬疑问题,因为这根本不符合现有的天体物理学法则。如果没有暗物质,那么所有星系所包含的天体都不足以产生足够的引力,导致星系很快分崩离析。正是暗物质提供的引力,将这些天体束缚在同一个星系中。并且在星系形成的早期,正是凭借着暗物质的力量,才聚集了这么多恒星,团结起来组成了一个星系。
在早先的研究中,有一只科学家团队已经修正了NGC 1052-DF2带来的问题。最新观测结果表明,这个星系和我们的距离并没有此前观测的那么远,这个距离影响了我们对它质量的判断。在修正了距离之后,科学家发现它的质量比想象中要小得多,这样一来正常物质的比例就低得多了,因此它的暗物质比例还是相对正常的。
而NGC 1052-DF4的问题仍然没有解决,尽管它的距离也有修正,但修正后显示的结果仍然是几乎不含有暗物质,这给我们留下了一个难题:到底是观测上出了问题,还是星系的形成本就不一定需要暗物质呢?
科学家自然是不太想接受第二种理论的,因为那意味着我们需要重建一个巨大的理论,来修改现有理论所存在的巨大缺陷。
好在,科学家们现在没有这种担心了。尽管NGC 1052-DF4确实几乎没有暗物质,我们也仍然不必修改星系形成的模型。最新观测结果表明,它的形成的确没有离开暗物质的帮助,只是在形成之后,暗物质被附近的一个星系掠夺走了,造成了它现在几乎没有暗物质的现状。
澳大利亚新南威尔士大学和太空望远镜科学研究所的天体物理学家Mireia Montes带领她的团队,进行了一次细致的观测和分析,得出了这个结论。他指出:“那里之所以没有暗物质,是因为被转移走了。我们发现,附近的大质量星系NGC1035凭借着自己的引力,掠夺着它的恒星和暗物质。”
作为一个距离我们数千万光年远的矮星系,NGC 1052-DF4的观测难度也相当大。为此,Montes和她的同事们不得不预约了不止一台当今世界最强大的望远镜,进行了这次研究,其中不仅有著名的哈勃太空望远镜,还有西班牙的IAC80 望远镜以及加那利大型望远镜,凭借这三台望远镜的全方位观测,终于破解了暗物质消失之谜。
观测结果表明:NGC 1052-DF4星系中有大量的恒星被拉扯出来,而与此相关的恰恰是它附近的螺旋星系NGC 1035。由于距离比较近,较大的天体可以凭借强大的引力将较弱的一方撕碎,这就是所谓的潮汐破坏。
Montes介绍说:“在最初的论文中,这个星系被描述拥有一个十分‘松弛’的形态,暗示着并没有什么外力在干扰它。不过我们的深空图像表明,实际上这个星系正遭受着它近邻星系的影响,这只是它被卷入到相互作用的初始阶段。尽管星系的内部仍然保持着它的形状,但外侧比较黯淡的区域,你就能看到所谓的‘潮汐尾巴’,那里已经有恒星开始脱离这个星系了。”
(图片说明:研究团队在NGC 1052-DF4星系中发现的潮汐尾流)
Montes还指出:在这个星系的周围,有暗物质形成的一个环状结构围绕。因此,在众多恒星被拖走之前,首当其冲的应该是这些暗物质。研究表明,只有这种小型星系周围的暗物质环中有10%-15%的质量被吸走,恒星才会开始脱离、被大星系吞并,这和该团队的观测数据基本是一致的。
正常来说,UDFs星系的暗物质所占的比例通常都很高,有的甚至可以高达99%。而对于NGC 1052-DF4来说,目前仅仅残留了大约1%的质量为暗物质。正如我们刚才所说的,暗物质是将天体束缚在同一个星系中的重要因素,而如此低的暗物质含量,意味着留个这个星系的时间已经不多了,它很快就会变成“一盘散沙”。
加那利斯天文研究所的天体物理学家Ignacio Trujillo介绍说:“假以时日,NGC1052-DF4就会被NGC1035周围的巨大系统所吞噬,并且它们内部至少有一部分恒星会在太空深处孤独流浪。”
不管怎么说,科学家面临的一次“危机”得到了完美的解决。看起来,现有的星系形成模型依然可靠,或许这意味着科学家们已经接近答案、了解了星系的形成过程。当然,也有可能未来有另外一项发现,从另一个方面挑战这个理论。不过,那应该是一个非常惊人,并且足够可靠的发现吧。