星系如何在没有暗物质的情况下存在

在一项新的自然天文学研究中，由加州大学欧文分校和波莫纳学院的天体物理学家领导的一个国际团队报告了当小星系与较大的星系碰撞时，较大的星系如何剥离较小的星系的暗物质 – 我们无法直接看到的物质，但天体物理学家认为一定存在，因为没有引力效应， 他们无法解释像星系恒星的运动这样的事情。

这是一种有可能解释星系如何在没有暗物质的情况下存在的机制 – 这曾经被认为是不可能的。

它始于2018年，当时普林斯顿大学和耶鲁大学的天体物理学家Shany Danieli和Pieter van Dokkum观察到两个星系，它们似乎没有大部分暗物质。

“我们期待大部分暗物质，”Danieli说，他是最新研究的合着者。”老实说，这非常令人惊讶，而且运气很好。

van Dokkum和Danieli在2018年的《自然》论文和2020年的《天体物理学杂志快报》论文中报道了这一幸运发现，将星系需要暗物质范式带入了混乱，可能颠覆了天体物理学家所认为的星系如何工作的标准模型。

“在过去的40年里，人们已经确定星系有暗物质，”波莫纳学院（Pomona College）天文学教授豪尔赫·莫雷诺（Jorge Moreno）说，他是这篇新论文的主要作者。”特别是，低质量星系往往具有显着更高的暗物质分数，这使得Danieli的发现非常令人惊讶。对于我们中的许多人来说，这意味着我们目前对暗物质如何帮助星系生长的理解需要紧急修订。

该团队运行的计算机模型模拟了宇宙一部分的演化 – 一个大约6000万光年的宇宙 – 从大爆炸后不久开始，一直运行到现在。

研究小组发现了七个没有暗物质的星系。在与质量高出1000倍的邻近星系发生几次碰撞后，它们被剥离了大部分物质，只留下了恒星和一些残余的暗物质。

“这纯粹是偶然的，”莫雷诺说。”在我制作第一张照片的那一刻，我立即与Danieli分享了它们，并邀请她合作。

设计新模拟的苏黎世大学教授罗伯特·费尔德曼（Robert Feldmann）说：”这项理论工作表明，暗物质缺陷星系应该非常普遍，特别是在大质量星系附近。

UCI的天体物理学家詹姆斯·布洛克（James Bullock）是一位低质量星系专家，他描述了他和团队如何没有建立他们的模型，只是为了让他们可以在没有暗物质的情况下创造星系 – 他说这让模型更强大，因为它没有以任何方式设计来创造他们最终发现的碰撞。”我们不以互动为前提，”布洛克说。

确认缺乏暗物质的星系可以在一个有很多暗物质的宇宙中得到解释，对于像布洛克这样的研究人员来说，这是一个松了一口气，他的职业生涯和他在其中发现的一切都取决于暗物质是使星系以这种方式行事的东西。

“观察到有暗无物质星系对我来说有点令人担忧，”布洛克说。”我们有一个成功的模型，经过几十年的辛勤工作而发展起来的，宇宙中的大部分物质都是黑暗的。总是有可能大自然一直在愚弄我们。

但是，莫雷诺说，”你不必摆脱标准的暗物质范式。

现在天体物理学家知道一个星系如何失去暗物质，莫雷诺和他的合作者希望这些发现能激励那些观察夜空的研究人员寻找现实世界的大质量星系，他们可能正在从较小的星系中剥离暗物质。

“这并不意味着这种模式是正确的，”布洛克说。”一个真正的测试将是看看这些东西是否存在与我们的预测相符的频率和一般特征。

作为这项新工作的一部分，拥有土着血统的莫雷诺获得了切罗基领导人的许可，为他们的模拟中发现的七个无暗物质星系命名，以纪念七个切诺基氏族：鸟，蓝，鹿，长毛，油漆，野生土豆和狼。

“我觉得与这些星系有个人联系，”莫雷诺说，他补充说，就像质量更大的星系抢走了较小的星系的暗物质一样，”许多具有土著血统的人被剥夺了我们的文化。但我们的核心仍然存在，我们仍然在蓬勃发展。

这项工作的资金来自国家科学基金会，波莫纳学院和哈里和格蕾丝斯蒂尔基金会对莫雷诺的休假支持，以及丹尼利，通过哈勃奖学金资助HST-HF2-51454.001-A，由太空望远镜科学研究所颁发，该研究所由大学天文学研究协会根据NASA合同NAS5-26555运营。其他合作者包括Francisco Mercado，Courtney Klein和Zachary Hafen，他们都来自UCI。

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