“靶心星系”中波纹状的环可以被暗物质解释
靶心星系被九个同心圆环包围，远超以往发现的任何星系。图片来源：NASA、欧洲航天局、I. Pasha（耶鲁）、P. van Dokkum（耶鲁）
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（萨姆·贾曼）：两位美国物理学家提出，环绕LEDA星系1313424的九个同心圆环，也称为靶心星系，可能是通过暗物质粒子的量子行为形成的。通过发表在《天体物理学杂志》上的分析，佛罗里达大学的Pierre Sikivie和赵玉欣认为，这一非凡结构并非如以往理论所说的星系碰撞形成的，而是由轴子玻色-爱因斯坦凝聚形成的。
LEDA环之谜
1941年，天文学家发现了一个星系似乎被一个发光的环包围，原因他们无法解释。这一先驱被称为车轮星系，随后几十年间又有大量环星系的发现，最常见的是一个环，有些则是两三个环。
为了解释这一异常现象，天文学家提出，当一个较小的星系直接撞击较大星系的中心时，这些环便会形成向外扩散的密度波。然而，2025年，由耶鲁大学伊马德·帕沙领导的天文学家发现了更为奇异的东西：一个被九个同心圆环环包围的星系。不久之后，这座非凡的结构被称为“靶心星系”。
在这一发现之后，天文学家提出这些环是约5600万年前对LEDA的一次特别高能的撞击所致。但在Sikivie和赵氏研究这一解释时，他们发现了一个问题。如果理论正确，最外层的环必须以每秒1220公里（758英里）的速度从星系中心向外移动——考虑到碰撞的预测性质和已知的银河物质行为，这种速度极不合理。
重新思考碰撞理论
作为另一种解释，这对搭档提出，靶心星系的环可能源自暗物质的特性，暗物质被认为占宇宙总质量约85%，其直接探测至今尚未被研究者发现。
基于对星系引力运动的观测，天文学家确定暗物质在许多星系周围的球形晕中积累。然而，通过他之前的研究，西基维认为，假设暗物质本质的主流理论之一是正确的，可以获得更深层的见解——该理论涉及假设中的轴子粒子，它们与普通物质的相互作用极为微弱。
西基维认为，如果暗物质以这种形式存在，它仍然必须遵守角动量守恒。当轴子与星系相互作用时，暗物质晕的最内层会形成称为腐蚀环的结构。“我们此前提出盘状星系具有腐蚀性的暗物质环，其环半径模式与LEDA 1313424中观测到的环半径模式非常相似，”Sikivie解释道。
基于这一观点，“我们将观测到的环半径拟合到苛性环解释中的环半径模式，并论证LEDA的环是LEDA盘中重子物质上腐蚀性暗物质环的印记，”他继续说道。
量子暗物质
这对组合理论的另一个元素涉及轴子的量子本质。当低密度玻色子气体冷却接近绝对零度时，很大一部分可以降至最低量子态——这在更高能的系统中是不可能发生的。
由于粒子整体处于相同的量子态，它们在宏观尺度上表现出相同的量子性质，形成玻色-爱因斯坦凝聚态。在这些条件下，轴子可以与可探测的重子物质相互作用，正如天文学家观测到的那样。
如果这一观点正确，“环状星系，包括LEDA，并不一定是通常假设的碰撞结果，”Sikivie解释道。“相反，它们可能是暗物质轴子玻色-爱因斯坦凝聚的表现。”
目前，轴子依然以难以捉摸著称，尽管几十年来一直被直接发现。因此，Sikivie和赵的理论目前尚无法被直接证实。然而，如果这个结论属实，它可能会为天文学中最近最奇特的观测之一——以及迄今为止对暗物质量子本质最引人注目的见解之一——提供更合理的解释。
