天文学家似乎发现了一个没有暗物质的星系

据外国媒体报道，一个由天体物理学家组成的国际团队最近发现了一个距离地球6500万光年的星系，其中几乎没有暗物质，甚至可以说根本没有暗物质。负责这项研究的人说，虽然这种现象不能推翻科学家对星系形成的理解，但它可以完全改变天体物理学家对暗物质的定义。

迄今为止，物理学家对暗物质了解不多。对于暗物质是由什么组成，单个粒子有多重，或者暗物质是如何形成的，物理学领域没有明确的结论。没有人能捕捉到地球上的暗物质粒子。

但是经过30多年的天文观测，大多数研究者都同意宇宙中有大量暗物质的事实。天体物理学家认为暗物质主宰着整个宇宙，其总量甚至是普通物质的五倍。因为星系旋转太快，如果没有额外的暗物质存在，这些星系将根据现有的物理定律崩溃。例如，银河系旋转非常快，所以它包含的暗物质肯定比普通物质多30倍。事实上，天文学家研究过的每个星系都包含暗物质。

但是现在天体物理学家似乎发现了一个没有暗物质的星系。

一个由天体物理学家组成的国际团队发现了一个距离地球6500万光年的星系，其中包含的暗物质非常少，甚至可以说根本没有暗物质。在得出这个结论的过程中，科学家测量了银河系中10个球状星团的转速，每个球状星团都包含数百万颗恒星。他们的测量显示，这个星系中的恒星能够控制自己的旋转速度。耶鲁大学天体物理学家彼得·范·多克姆指出，与其他亮度相同的星系相比，“它的暗物质比我们预期的少400倍”。

多姆指出，这种现象非常奇怪。虽然它不能推翻科学家对星系形成的理解，但它可以完全改变天体物理学家对暗物质的定义。目前，科学家认为星系是由暗物质云形成的，恒星只能在原始暗物质的基础上形成。哥伦比亚大学的天体物理学家耶利米·奥斯特克指出，“星系的形成是暗物质积累的过程。然后普通气体物质落入暗物质云中，逐渐演化成恒星，然后形成星系。”

多姆指出:“矛盾的是，我们发现了一个没有暗物质的星系，这就像发现了一个没有骨架的天体。它是如何形成的？你如何形成一个没有暗物质的星系？”

加州大学欧文分校的天体物理学家詹姆斯·布洛克说，推翻最初的理论还为时过早。他指出星系NGC105DF2正在围绕另一个星系运行。他说这个星系可能像其他星系一样有很多暗物质，而邻近的星系带走了暗物质。

想象一下，你可以把暗物质完全看作是分散粒子的集合，你可以把暗物质想象成单个粒子的集合。当然，与普通物质不同，暗物质可以聚集成恒星和行星。布洛克说:“最好把它想象成一种流体，就像一片黑暗的海洋。”主流暗物质理论预测，这些“海洋”流体粒子在太空中围绕星系运动，就像彗星围绕太阳飞行一样。布洛克认为，当暗物质粒子到达轨道顶端时，来自附近星系的力量可能会带走它们。

奥斯特克说，下一步是找出这个星系是一个例子还是一个正常的例子。如果天体物理学家发现更多类似的星系，他们将不得不修改现有的暗物质理论。当前的主流理论认为暗物质由所谓的弱相互作用大质量粒子(WIMP)组成，每个粒子都比质子稍重，这不能解释星系中没有暗物质的原因。

其他理论可能更好。例如，奥斯特克提出了一个理论，可以预测某些星系中暗物质的含量非常低，暗物质粒子比弱相互作用的大质量粒子轻1030倍。

布洛克说，如果目前的理论是错误的，它也将影响在地球上捕获暗物质粒子的实验策略。例如，南达科他州的勒克斯-泽普林实验、意大利的谢诺恩1号实验和华盛顿州的ADMX实验都试图找出暗物质到底是由什么组成的。他们希望通过天文观测来指导探测器的设计。LUX-ZEPLIN和XENON1T都使用液态氙来寻找弱相互作用的大质量粒子。ADMX正在寻找另一种暗物质候选物，叫做Axion，它比WIMP轻，需要不同类型的探测器。

多姆和他的团队计划继续寻找类似的星系或任何其他奇怪的东西，以挑战目前对暗物质的理解。2016年，他们发现了一个旋转速度非常快的星系，并推断其暗物质含量高达99.99%。“这个星系是一个相反方向的惊喜，”他说。同样，他们也不知道这个星系是如何形成的。

他们希望这些奇怪的星系能帮助像奥斯特克和布洛克这样的理论家更好地理解暗物质是什么。“我们对暗物质知之甚少，所以任何新理论都是受欢迎的，”多克拉姆说。