尋找在矮星系中“蝸居”的暗物質

矮星系在宇宙進化過程中發揮了至關重要的作用，天文學家認爲矮星系可能是最早形成的宇宙星系，從矮星系演變成了大星系。迄今爲止，矮星系是天文學家在太空發現的一種最多的星系，矮星是宇宙中最多的天體，矮星系構成了宇宙結構的基本單元。大約有120到200個矮星系獨自地繞銀河系轉動，但天文學家迄今發現了其中的20個。

矮星系的形成是星系物理學的一大謎題，它們誕生和成長可能與暗物質有關，而暗物質是宇宙物理學的最大難題之一。矮星系的特徵有兩個之最：一，矮星系是最小的星系，二，矮星系是昏暗的星系。最小的矮星系成了宇宙學中最大的謎題之一，它們十分昏暗，天文學家發現矮星系的難度很大，通過使用高分辨率的望遠鏡，天文學家在銀河系的附近區域發現了少量的矮星系，而大量的矮星系可能環繞在銀河系的周圍。

銀河系與周圍矮星系的碰撞可能破壞了銀河系的旋臂結構，2019年，一項研究的結果表明，銀河系的外盤存在“漣漪”態的物質分佈，可能是由數十億年前矮星系與銀河系碰撞引起的，科學家設想這些矮星系由神秘的暗物質構成。天文團隊在歐洲航天局運行的蓋亞太空望遠鏡的數據中發現矮星系Antlia 2，羅切斯特理工學院的助理教授蘇墾雅-查克拉巴蒂利用這些數據計算了矮星系在太空的穿越路徑，矮星系Antlia 2在穿過銀河系時形成了外盤中的“漣漪”。查克拉巴蒂預測了更多暗物質主導的矮星系，她在美國天文學會在聖路易斯舉行的會議上介紹過矮星系的發現。

從上世紀70年代起，多數天文學家都認爲暗物質是組成宇宙物質的主要部分，美國天文學家薇拉·魯彬最早意識到，只有額外的物質存在才能解釋旋渦星系邊緣的恆星高速旋轉的曲線，但這些物質逃避了人們的直接觀測，天文學家將這類物質稱爲暗物質或不可見物質。荷蘭天文學家艾伯特·博斯馬證實了魯彬的觀點，暗物質似乎傾向於分佈在星系盤的邊緣和星系的暈中。上個世紀的80年代，美國天文學家馬克·阿倫森在銀河系周圍的矮星系中發現了類似的暗物質效應。

從上個世紀的80年代到現在，天文學家發現了更多的矮星系，他們都仔細地測量了星系內恆星運動的速度，矮星系內恆星的運動速度非常之快，以矮星系自身恆星的總質量或可見物質的總質量難以解釋其中的緣由。假設每一個矮星系都有自身的動力學平衡，那麼天文學家可以通過恆星的運動速度計算出相應的引力質量，額外的質量就被解釋爲暗物質。在假設的暗物質引力的作用下，銀河系對矮星系的引力可以忽略不計。

2018年，中法聯合實驗室的一項研究成果否認了矮星系由暗物質構成的假說。矮星系第一次進入銀河系的引力場時，銀河系的潮汐引力將嚴重破壞矮星系的穩定性，直接控制矮星系內恆星運動的速度，暗物質的參入就是多餘的。很早就有一些天文學家意識到了暗物質的多餘性，但多數研究人員只是簡單地認爲，這些矮星系在幾十億年前就存在於銀河系的暈中。天文學家近些年來發現了大小麥哲倫雲團第一次闖入銀河系的證據。這些事實說明，銀河系的潮汐引力影響了矮星系內恆星的運動速度和軌跡。

（編譯： 2023-7-13）