在恒星间隙中寻找暗物质

罗曼太空望远镜对仙女座星系的模拟视图。信用:uux.cn/美国国家航空航天局，美国国家航空航天局-GSFC，亚利桑那州立大学，罗伯特詹德勒DSS

（神秘的地球uux.cn）据西北大学（阿曼达·莫里斯）：尽管暗物质约占宇宙的27%，但天文学家一直无法直接观察到它。

现在，在一项新的研究中，包括西北大学天体物理学家在内的一个国际研究小组发现，美国国家航空航天局南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（定于2027年5月发射）即将拍摄的图像可能为理解这种难以捉摸的物质提供了重要线索。

在寻找暗物质的过程中，一些天体物理学家此前一直专注于恒星流中的间隙——这些区域的结构非常薄，以至于有可能发现由暗物质团产生的扰动。但是，到目前为止，天文学家只检查了银河系中的这些缺口。随着罗马太空望远镜拍摄我们邻近的仙女座星系的图像，研究人员将大大扩展他们不断增长的稀薄恒星流样本，有可能获得更多关于暗物质具体属性的信息。

这项研究已经被《天体物理学杂志》接受发表。预印本目前可在网上获得。它标志着首次探索在银河系之外的恒星流中寻找空隙的前景。

“在我们自己的星系中有恒星流，我们在那里看到了可能是由暗物质引起的间隙，”西北大学的Tjitske Starkenburg说，他是该研究的合著者。“但这些缺口也可以通过其他方式形成。我们的新研究表明，除了我们自己的星系之外，我们将能够观察到附近星系中的这些间隙。这将为我们提供关于这些空白的更好的统计数据，最终将帮助我们更好地了解暗物质团块的可能存在和性质。”

斯塔肯伯格是西北大学天体物理跨学科探索和研究中心（CIERA）的研究助理教授。斯坦福大学博士后克里斯蒂安·阿甘泽是这项研究的第一作者。

假设暗物质是一种粒子，它还不能被直接观察到，因为它不发射、反射、折射或吸收光。因为没人能看到它，研究人员不得不寻找其他线索来确定它是否真的存在。

“我们看到了暗物质对星系的影响，”Aganze说。“例如，当我们对星系如何旋转进行建模时，我们需要额外的质量来解释它们的旋转。暗物质可能会提供那部分缺失的质量。”

艺术家对仙女座星系周围球状星团流的概念。致谢:uux.cn/约瑟夫·奥姆斯特德·美国国家航空航天局

天文学家特别希望线索可能隐藏在球状星团的细长恒星流中，球状星团由数十到数百万颗恒星组成，紧密相连。研究人员表示，暗物质团块可以穿透恒星流产生间隙。通过检查这些间隙，天文学家旨在揭示暗物质的迹象。

斯塔肯伯格说:“这些流最有趣的原因是观察这些暗物质团的影响有两个方面。”“首先，这些流‘生活’在星系的最外围区域，那里除此之外几乎没有什么结构。其次，这些流本质上非常稀薄，因为它们是由致密的星团形成的，这意味着你可以更容易地看到间隙或任何扰动。”

迄今为止，现有的太空和地面望远镜将搜索范围限制在银河系内的少数球状星团流。但是罗马太空望远镜将位于距离地球100万英里的地方，这将使天文学家首次能够在附近的星系中搜索球状星团流。

罗曼的宽视场仪器有18个探测器，将产生比哈勃太空望远镜的近红外相机大200倍的图像——分辨率略高。

在这项新研究中，Starkenburg、Aganze和他们的合作者模拟了恒星流，允许它们与暗物质团块相互作用以产生间隙，然后生成对这些间隙的模拟观察。最终，研究小组得出结论，这些缺口应该可以在罗马太空望远镜即将发布的图像中检测到。他们还估计，新望远镜将在短短一小时的观测时间内有效地提供这些数据。

届时，研究人员还计划检查仙女座周围的暗物质晕。虽然暗物质晕环绕着包括银河系在内的所有星系，但研究人员怀疑他们可能会发现当前模型预测的较小子晕的证据。

斯塔肯堡说:“我们预计较小的暗物质子晕将与球状星团流相互作用。”“如果这些子晕存在于其他星系中，我们预测我们将在球状星团流中看到可能由这些子晕引起的间隙。这将为我们提供有关暗物质的新信息，包括存在哪种暗物质晕及其质量。”

斯塔肯堡已经在通过一个相关项目为暗物质的研究奠定基础。

“该团队计划通过开发一个更详细的理论框架来模拟球状星团如何形成恒星流，”她说。“我们将继续预测形成流的球状星团的起源，以及这些流是否可以用罗曼观测到。”