暗物質(zhì)神秘面紗即將揭開

天文學(xué)家近日確認一個極其暗淡且遙遠的星系，可能幾乎完全由“暗物質(zhì)”（Dark Matter）構(gòu)成。在這個星系中，我們所熟悉的恒星與星際物質(zhì)不足1%，使得這項發(fā)現(xiàn)可能有助于揭開暗物質(zhì)的神秘面紗。

CNN報道，20世紀初，隨著天文觀測工具的進步以及理論物理學(xué)的快速發(fā)展，天文學(xué)家對宇宙的理解有了突破性的進展。人們終于知道，我們所處的太陽系僅是銀河系中的一個小系統(tǒng)，而銀河系也并非宇宙的全部，在宇宙中還存在著數(shù)不清的其他星系。

然而，當科學(xué)家了解得愈多，謎團也愈多。其中最令人困惑的問題之一，就是銀河系的總質(zhì)量與可觀測到的所有普通物質(zhì)并不匹配。普通物質(zhì)包括恒星、行星、星云與星際塵埃等，全部加總后仍遠小于銀河系應(yīng)有的質(zhì)量。因此科學(xué)家推測，在銀河系中還存在大量看不見的“暗物質(zhì)”。保守估計，暗物質(zhì)總量約為普通物質(zhì)的5倍。

這個最初看似大膽的“暗物質(zhì)假說”，在隨后幾十年間逐漸累積大量觀測證據(jù)，如今已成為宇宙學(xué)中最主流的理論之一?？茖W(xué)家認為，暗物質(zhì)很可能是維持銀河系螺旋結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。根據(jù)電腦模擬，如果沒有暗物質(zhì)提供引力束縛，持續(xù)旋轉(zhuǎn)的銀河系可能在幾億年內(nèi)就會逐漸散開。

然而，暗物質(zhì)既不發(fā)光也不吸收光，因此至今仍未被直接觀測到?？茖W(xué)家主要是透過其對周圍物質(zhì)產(chǎn)生的引力效應(yīng)，間接推測其存在。

這也使得研究暗物質(zhì)極為困難?？茖W(xué)家因此提出一種可能性：在宇宙中或許存在一些星系，其暗物質(zhì)遠多于普通物質(zhì)，導(dǎo)致整個星系只剩下極少量恒星。天文學(xué)家將這類天體稱為“低表面亮度星系”，它們可能是研究暗物質(zhì)的重要對象。

在最新研究中，研究人員利用哈伯太空望遠鏡、歐幾里得太空望遠鏡以及位于夏威夷的昴星團望遠鏡等觀測設(shè)備，在英仙座星系團中發(fā)現(xiàn)一個恒星數(shù)量極少的天體。其中編號為“候選暗星系2”（CDG-2）的天體，是此次研究最引人注目的發(fā)現(xiàn)。報道指出，CDG-2位于距離地球約3億光年的英仙座星系團中。研究團隊估計，該星系極為暗淡，其質(zhì)量至少99.9%由暗物質(zhì)構(gòu)成。

那么，科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)它的呢？多倫多大學(xué)統(tǒng)計學(xué)與天體物理學(xué)博士后研究員、研究第一作者李大義（Dayi Li）表示：“低表面亮度星系雖然非常暗淡，但仍會發(fā)出一些光。而暗星系則是這類星系的極端情況，幾乎沒有任何典型星系應(yīng)有的光線或結(jié)構(gòu)?！?/p>

他指出，目前暗星系并沒有嚴格的定義，但暗物質(zhì)理論與宇宙學(xué)模擬長期以來都預(yù)測它們應(yīng)該存在。至于一個星系需要擁有多少恒星才能被稱為暗星系，目前仍存在爭議。而CDG-2之所以被認為接近暗星系，是因為研究人員在其附近發(fā)現(xiàn)了球狀星團。

球狀星團是由大量非常古老的恒星組成的緊密球狀群落，被認為是宇宙早期恒星形成的遺跡。即使周圍的星系極為暗淡，球狀星團本身仍然相對明亮，因此可以成為搜尋暗淡星系的重要線索。

研究人員發(fā)現(xiàn)4個彼此接近的球狀星團，顯示它們很可能屬于同一個星系的結(jié)構(gòu)。然而在這些星團周圍，只能看到極為稀疏的星點，顯示這個星系的恒星數(shù)量極少，而暗物質(zhì)比例則極高。

那么，一個星系為何會幾乎沒有恒星，只剩下暗物質(zhì)呢？研究人員推測，在星系形成早期，它雖然曾經(jīng)形成過一些星團，但附近更大型的星系在經(jīng)過時，其強大的引力將該星系周圍的氫氣剝離，使其無法繼續(xù)形成新的恒星。最終只剩下一個暗物質(zhì)暈與少量球狀星團。研究人員形容，這就像是一個“幾乎完全失敗的星系”。

研究顯示，CDG-2的亮度只有銀河系的0.005%。以星光亮度計算，它大約相當于600萬個太陽，而銀河系的亮度則約為200億個太陽。

不過，要真正確認CDG-2的暗物質(zhì)含量仍需要更多觀測。目前這項研究尚未使用詹姆斯．韋伯太空望遠鏡進行觀測。科學(xué)家認為，在韋伯望遠鏡更高解析度的觀測下，或許能發(fā)現(xiàn)更多細節(jié)，幫助我們了解CDG-2星系的形成過程，也讓人類更接近揭開暗物質(zhì)的真正面貌。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最暗淡的星系COD-2，它位在黃圈里，之所以認定它是星系，是看到它前方有4個像砂點的球狀星團，放大圖見下。 (圖/NASA)

4個“砂點”是4個球狀星團，這是星系早期出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過分析已確認它們是同時出現(xiàn)，位置也類似。因此科學(xué)家推測，這4個球狀星團，是極暗淡星系COD-2的一部分。