神秘力量暗中驅動:科學家發現所有星系的自轉都在莫名加速

天空之城 2022/07/18 檢舉 我要評論

星系的自轉看似尋常,其背后卻可能隱藏著許多與宇宙本質有關的謎。

藝術家筆下描繪的MACS1149-JD1星系的形成,它在此過程中開始自轉。ALMA

天文學家猜測宇宙中存在一種看不見摸不著的物質——暗物質,就是從測量星系和星系團的轉速開始的。天文學家上世紀在測量星系和星系團的轉速時發現它們轉得實在太快了,快得早就應該解體了——但實際上它們好得很。所以人們開始懷疑宇宙的大部分質量可能是看不見的,但它究竟是什麼?

而最近一些天文學家再一次證明,宇宙中的星系都有越轉越快的趨勢。他們測量了一個極端遙遠星系的自轉速度,結果發現慢得驚人。

哈勃太空望遠鏡拍攝的MACS J1149.5+2223星系團。小圖中放大顯示的綠色光斑即為距地球132.8億光年的MACS1149-JD1。ALMA / NASA / ESA

這是一個紅移值9.1的星系,名叫MACS1149-JD1。我們看到的這個星系,其實是132.8億年前,也就是宇宙大爆炸后僅5億年時的影像,還非常原始。

MACS1149-JD1本身非常昏暗,但幸運的是它與地球之間隔著一個巨大的星系團。星系團的引力場扭曲了MACS1149-JD1飛向地球的光,當這些光到達地球后,從地球看,MACS1149-JD1的影像就像被放大了,而且也比原來亮很多。這就是所謂的「引力透鏡」現象。利用這種現象,天文學家可以研究那些本無法研究的遙遠天體。

藝術家筆下描繪的早期星系。NRAO / AUI / NSF

研究人員使用阿塔卡馬毫米/亞毫米波射電望遠鏡陣列(ALMA),觀測了這個星系星系盤內的雙電離氧。他們為這個星系設計了一個與星系盤大小和轉速有關的理論模型,然后將實際觀測數據與之進行了比較研究。

研究人員發現,這個星系的直徑只有3000光年,遠小于銀河系的10萬光年;而這個星系的轉速也只有每秒50千米,不足銀河系自轉速度——每秒200多千米的四分之一。

MACS1149-JD1是迄今為止被測出轉速的最原始、最接近宇宙起源的早期星系。研究人員表示它的轉速之所以如此之慢,可能與它仍處于轉速發展的初期有關。

可觀測宇宙中至少有大約2000億個星系,且所有星系都在自轉。總體而言,星系離我們越遠,轉速就越慢。后期可能由于星系間的融合不斷進行,星系的質量和規模越來越大,它們的轉速也越來越快。但是要確切地指出,是什麼樣的機制導致星系轉速一點點變快卻不是一件容易的事。因為這里面有很多未知的因素。比如幽靈般的暗物質。沒有暗物質,星系早就「魂飛魄散」了,更何談轉得越來越快。而我們現在連暗物質究竟是什麼都不知道。

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