美國太空總署羅曼太空望遠鏡有助解開星系增長和暗物質構成之謎


美國太空總署羅曼太空望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)將研究遠遠超出許多星系明顯邊緣的纖細恆星流。像哈勃太空望遠鏡和韋伯太空望遠鏡這樣的任務,必須將數百張小圖像拼湊在一起,才能完整地看到附近星系周圍的這些結構。羅曼太空望遠鏡將在一張照片中執行此操作。天文學家將利用這些觀測結果用來探索星系如何生長以及暗物質的性質。

恆星流看起來像從一些星系向外延伸的飄逸的頭髮,作為光暈的一部分在太空中平靜地漂流,形成一個圍繞星系的球形區域。但這些恆星飛行是古代宇宙尺度戲劇的跡象,可作為星系過去的化石記錄。研究它們將天文學家轉變為銀河考古學家。

美國伊利諾伊州埃文斯頓西北大學博士後研究員吉茨克·斯塔肯堡(Tjitske Starkenburg)說:「光暈主要是由從其它星系中剝離出來的恆星製成,他研究了羅曼太空望遠鏡在這一領域的潛力。羅曼太空望遠鏡的寬而深的圖像將足夠清晰,我們可以分辨出其它星系暈中的單個恆星,這使到研究大量星系中的恆星流第一次能夠實現。」

模擬支持這樣的理論,即星系在一定程度上是通過吞噬較小的恆星群來成長的。被更大的星系捕獲進入軌道的矮星系會因重力而變形。它在更大的星系周圍形成弧線和環形,直到它們最終成為它的最新成員。

天文學家使用歐洲太空總署蓋亞衛星發現這種自相殘殺的過程,該衛星經過微調可以測量我們銀河系中恆星的位置和運動。羅曼太空望遠鏡將通過對銀河系和其它星系中的恆星進行類似的測量來擴展這些觀察。

銀河系擁有至少七十條恆星流,這意味著它可能已經吞噬了至少七十個矮星系或球狀星團(由數十萬顆受重力束縛的恆星組成的群)。羅曼太空望遠鏡的銀河系圖像可以讓天文學家及時將照片串在一起,以顯示恆星的運動。將幫助天文學家了解暗物質(一種只能通過其對可見物體的重力效應檢測到的不可見物質)是由什麼構成。

一種理論認為暗物質是冷的,或者由重的、緩慢的粒子組成。如果是這樣,它應該在星系暈中聚集在一起,這會以羅曼太空望遠鏡可以看到的方式擾亂恆星流。通過檢測或排除這些扭曲,羅曼太空望遠鏡可以縮小可以構成暗物質的候選範圍。

天文學家也期待著研究銀河系鄰近星系中的恆星流。它們在其它星系中沒有得到很好的研究,因為它們是如此微弱和遙遠。它們也非常巨大,可以環繞整個星系。它需要像羅曼太空望遠鏡那樣無與倫比的全景視圖,才能捕捉到足夠大且足夠詳細的圖像。

特別是在銀河系從球狀星團中吸出恆星時形成的難以捉摸的恆星流,以前曾發現,但從未在其它星系中發現過。它們更暗,因為它們包含的恆星較少,這使它們更難在其它更遙遠的星系中發現。

羅曼太空望遠鏡可能是有史以來第一次在我們鄰近的幾個星系中探測到它們。該任務的寬廣、銳利、深邃的視野甚至應該可以揭示這些巨大、昏暗結構中的個別恆星。斯塔肯堡的新研究通過預測太空望遠鏡應該能夠檢測到其它星系中源自矮星系的數十個星流,從而為星系的生長方式提供了前所未有的洞察能力,從而為這幅畫增添了色彩。

【圖、文:節譯自美國太空總署2022年6月14日新聞公佈】

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