暗物质并非早期星系的主导

一项新的研究发现,这种神秘物质在早期宇宙的大型星系中最多只是一个次要成分

示意图显示了暗物质(红色)分布的差异如何改变现代螺旋星系(左)和早期宇宙螺旋星系(右)的自旋速度。现代螺旋星系由于其中心附近有更高浓度的暗物质,往往比遥远早期宇宙中的同类星系旋转得更快。

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一项新的研究发现,尽管现在被称为暗物质的不可见物质主导着星系,但在早期宇宙中,它显然只是星系的一个次要成分

研究人员表示,这项新发现揭示了星系及其神秘的暗物质“晕”如何随时间变化。

暗物质被认为占宇宙中物质的约84%。尽管暗物质是不可见的,但其存在可以通过它对可见物质的引力效应来推断。例如,之前的研究发现,星系盘的外部区域围绕星系核心旋转的速度比预期的要快。如果假设暗物质的“晕”包围着这些星系并对其外部区域产生引力拉力,那么这些发现就说得通了。[寻找暗物质的图片]


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现在,研究人员意外地发现,在早期宇宙中,暗物质在星系中发挥的作用比之前认为的要小得多。科学家们在3月16日出版的《自然》杂志上详细介绍了他们的发现。

研究人员利用欧洲南方天文台在智利的甚大望远镜,研究了早期宇宙中六个质量巨大的、正在形成恒星的星系,这些星系是在100亿年前星系形成的巅峰时期形成的。他们分析了这些星系的自转,以计算它们拥有的暗物质的数量。

该研究的主要作者、德国加兴马克斯·普朗克地外物理研究所的天体物理学家莱因哈德·根泽尔表示,就银河系和在宇宙当前时代诞生的其他典型星系而言,它们的“有效半径”(即一半光来自的明亮区域)中有50%到80%是暗物质。

相比之下,在研究人员研究的早期星系中,有一半的星系其有效半径的暗物质占比为10%或更少,根泽尔说。

研究人员还研究了大约100个其他较暗的星系。他们发现,平均而言,来自这些星系的数据与他们的发现一致。[民意调查:科学家能否理解暗物质?]

根泽尔说,这些发现并不表示暗物质不存在。相反,它们揭示了暗物质在过去与现在的分散方式不同,他说。

研究人员指出,早期星系不断地从星系际的气体和尘埃袋中流入物质。这可能有助于解释为什么它们更受正常物质而非暗物质的支配。相比之下,现在的星系周围有很多热气,这在很大程度上阻止了它们收集星系际物质,根泽尔说。

此外,早期星系的暗物质晕可能比现在星系的暗物质晕更大,分布更广。研究人员表示,随着时间的推移,这些晕收缩并开始对星系盘产生更强的影响。

根泽尔说,未来,研究人员希望研究早期宇宙中较小的星系,“这些星系是像银河系这样的局部螺旋星系的前身,以便更好地了解更广泛的星系及其演化”。

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Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大众科学. His work has also appeared in The New York Times, Science, Nature, Wired, and LiveScience, among others. In his spare time, he has traveled to all seven continents.

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