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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