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搞不好這顆遙遠難見的星系根本全是暗物質

2012/02/04 | | 標籤:

有一種無人看得見,但明明經由它的重力造成的變形效應,又能在觀測中得知該物體的確存在,這就是天文學家給予「暗物質」的描述;它是「既不發光也不吸收光,一種如幻似影、難測的物質,估計約25%的宇宙是由它所構成」。不過現在,這相同的敘述或許也照樣適用於一個極遙遠、極微小,位於距離地球約100億光年、望遠鏡根本看不到的一個星系;雖然看不到,但天文學家藉由背景星系的光通過它附近的時候,發生了少許變形現象,仍然能夠偵測得知這不為人所見的星系的存在。這個「暗星系」是目前為止,在距離如此遙遠的條件下,科學家仍能偵測得知「某天體存在」的案例中,質量最小的一個。這顆暗星系的發現帶著些許意義:1,它能幫助人類找到更多類似的天體,2,它還可以協助驗證或者推翻現有幾種宇宙學理論中,和宇宙結構相關的一些推論。

從事該研究的MIT天文學家說,目前我們已找到了一顆這樣的「暗衛星」,它真正具有的關鍵意義在於後續發展下,可能出現的兩種可能性,第一種可能:假設我們再也找不到更多和它一樣的「暗衛星星系」的話,這意味著先前關於暗物質屬性的推論,局部恐將面臨改正。反之,與第一種可能性相對的第二種可能性則是:如果我們找到的暗衛星數量正符合模擬結果,也就是數量算是「相當多」的話,那便能印證我們先前所以為的暗物質屬性,是近乎正確的。

既然有衛星星系,那麼,誰是這顆暗衛星系所依附掛鉤的主星系?它是編號”JVAS B1938 + 666”,一個距離地球極遙遠的橢圓星系。研究團隊原本便是希望運用重力透鏡方法,尋找一些遙遠星系所具有的暗衛星星系-這些衛星星系因幾乎不發光或只發出很黯淡的光而得其「暗」星系之名-前述這顆暗衛星便是在科學家的努力搜尋中所獲得的結果。MIT研究團隊使用的工具是夏威夷毛納基山頂上配備有自適應光學儀器設備的凱克(Keck II)望遠鏡,這種能自動追蹤星光的自適應光學系統,因為能大幅擺脫掉地球大氣層造成的擾流及訊號變形現象,觀測結果更為精準。

根據MIT團隊的觀測結果,這兩個從地球視角看來,似乎是肩並肩並排的星系,經觀測發現,其實兩者距離地球仍稍有著遠近之別,以致於距離較近的那個(前述「暗衛星」,質量較小的星系),在行經較遠的JVAS B1938 + 666前方時,因前者本身重力場的影響,能使在地球上觀測者看見由後者所發出的光呈現出扭曲變形的現象,這種變形有另一個好記的名稱,叫做「愛因斯坦之環」。

由於愛因斯坦環的大小、形狀及亮度都和前景星系(即「暗衛星星系」)裡質量整體的分布息息相關,所以運用所觀測到的愛因斯坦環現象、經計算後便可得知,這個暗星系質量大約為太陽2億倍,和稍早所發現的銀河系衛星星系,質量規模正好都相差不遠。

現有的數值模擬計算模型中,多數都主張銀河系的衛星星系數量應該約有1萬顆左右,但其中卻一共只有30顆被觀測到 – 會不會是因為其中許多的衛星星系其實皆由暗物質所構成,所以,若是企圖以舊方式觀測這群無影無蹤的星系,差不多算是自尋煩惱而註定無所得呢?又抑或是另一種可能性正在向我們招手:天文學中對於「星系究竟由什麼物質組成」的觀點,現在已經收到了一封可能必須修正的挑戰信嗎?

所謂矮星系,(也就是衛星星系)的基本定義指的是,那些「貼掛在較大星系尾巴邊上、質量較小的一些星系」。或許正由於它質量小,並且質量的大部分都並非由恆星所貢獻,而是由暗物質所組成,因此,譬如上述案例當中之遙遠星體,正好是如此這般的昏暗或甚至完全不可見。

MIT這個研究計畫的主持人Vegetti表示: 這些暗星系由於許多原因,無法形成很多很多恆星,甚至於連一顆恆星都不能形成,因此,它們是打從一開始,就滯留在「暗」的境地裡的一群。

Vegetti的團隊計畫將繼續用這樣的方法在宇宙其他區域進行更多衛星系的搜尋工作,或許藉由廣泛的資料蒐集,便能逐步揭曉暗物質的廬山真面目。

該篇研究論文刊登於「自然」雜誌。(Lauren譯)

圖片說明:B1938+666星系受到重力透鏡作用,以Keck II望遠鏡在紅外線波段觀測下所看到的影像。具有所謂「愛因斯坦環」的變形。圖片來源: D. Lagattuta / W. M. Keck Observatory

資料來源:中研院天文網[2012.01.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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