哈勃太空望遠鏡觀測數據證實星系缺乏暗物質

由美國耶魯大學的沈子犁（Zili Shen） 和彼得·范·多金（Pieter van Dokkum）以及美國太空總署高等研究院哈勃研究員沙尼·達涅利（Shany Danieli）領導的國際研究團隊，對超漫射星系 (ultra-diffuse galaxy) NGC1052-DF2 (簡稱 DF2) 進行的最準確的距離測量，獲得新測量的 22.1 ±1.2 秒差距，毫無疑問地證實它缺乏暗物質。

沈子犁說：「確定到 DF2 的準確距離是支持我們早期結果的關鍵，這項研究報告的新測量對於估計星系的物理特性具有重要意義，從而證實它缺乏暗物質。」

除了證實較早的距離發現外，哈勃太空望遠鏡的結果還顯示，這些星系的位置比之前認為要遠一些，這加強了它們幾乎不包含暗物質的情況。如果 DF2 離地球更近，正如一些天文學家聲稱的那樣，它本質上會更暗，質量更小，並且星系將需要暗物質來解釋觀察到的總質量的影響。

暗物質廣泛認為是星系的重要組成部分，但這項研究提供了進一步的證據，顯示它的存在可能並非不可避免。雖然暗物質尚未被直接觀察到，但它的重力影響就像膠水，將星系固定在一起並控制可見物質的運動。在 DF2 和 DF4 的情況下，研究人員能夠僅根據恆星質量來解釋恆星的運動，來證明暗物質缺乏或不存在。

具有諷刺意味的是，對暗物質缺陷星系的探測可能有助於揭開它令人費解的本質，並為星系演化提供新的見解。

雖然 DF2 和 DF4 在大小上都與銀河系相當，但它們的總質量只有銀河系質量的 1% 左右。這些超漫射星系也發現有大量特別明亮的球狀星團。

這項研究引起了學術界的極大興趣，也引起了暗物質替代理論的支持者之間的激烈辯論。然而，根據該團隊的最新發現（包括兩個超漫射星系與 NGC1052 的相對距離）這種替代理論似乎不太可能。此外，考慮到使用 TRGB 方法，現在團隊的距離測量幾乎沒有不確定性。基於基礎物理學，這種方法依賴於對紅巨星的觀察，這些恆星在燃燒完總是以相同亮度發生的氦氣後會發出閃光。

沈子犁有一種說法：「非凡的主張需要非凡的證據，而新的距離測量有力地支持了我們之前關於 DF2 缺少暗物質的發現，現在是時候超越距離爭論，專注於這樣的星系是如何存在的。」

展望未來，研究人員將繼續尋找更多這些奇怪的星系，同時考慮一些問題，例如：超漫射星系是如何形成？它們告訴我們關於標準宇宙學模型的什麼資料？這些星系有多常見，它們還有那些獨特的特性？需要發現更多缺乏暗物質的星系才能解開這些謎團以及暗物質究竟是什麼的終極問題。

【圖：美國太空總署；文：節譯自美國高等研究院2021年6月17日新聞公佈】研究全文刊登在2021年6月9日出版的《天體物理學快報》