暗物質(zhì)存在新證據(jù)：在古老星系中的表現(xiàn)有所不同

據(jù)國外媒體報道，暗物質(zhì)研究人員對這種物質(zhì)仍然不甚了解，但如今他們至少知道了一點：暗物質(zhì)在古老星系邊緣處的表現(xiàn)與在新星系中有所不同。暗物質(zhì)是指宇宙中那些我們看不見的物質(zhì)。它占了宇宙質(zhì)量的大部分，但不會發(fā)出光線。不過，它們的引力可以作用于一切物體。宇宙中的全部物質(zhì)都好像被一大團(tuán)沉重的、看不見的東西拉扯著一樣。但天文學(xué)家還不確定這種“東西”究竟為何物。

計算機(jī)模擬顯示，當(dāng)星系中有新恒星形成時，暗物質(zhì)會從星系中央向外流出。這一結(jié)果與實際觀測基本相符。

不過，今年1月3日發(fā)表在期刊《皇家天文學(xué)會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的一篇新論文也許可以幫我們縮小該物質(zhì)的可能范圍 。

科學(xué)家已知存在的大部分暗物質(zhì)都位于所謂“光暈”、即星系內(nèi)部的云團(tuán)之中。但有一個問題：根據(jù)計算機(jī)模擬結(jié)果，這些暗物質(zhì)核的表現(xiàn)并不符合它們應(yīng)有的表現(xiàn)。

科學(xué)家在搭建暗物質(zhì)光暈的行為模型時，這些結(jié)構(gòu)通常會形成特定的形狀：暗物質(zhì)往往會在星系中央形成致密的球體，四周圍繞著絲絲縷縷的暗物質(zhì)。天文學(xué)家將其稱為暗物質(zhì)的“尖峰”(cusp)分布。但在現(xiàn)實中，許多星系的暗物質(zhì)似乎都分布在星系外圍，圍繞著一個似乎并不存在暗物質(zhì)的“內(nèi)核”旋轉(zhuǎn)。天文學(xué)家將這一差異稱為“峰-核”問題(“cusp-core” problem)。

該問題有一個較為流行的解釋，名叫“自相互作用暗物質(zhì)模型”(SIDM)，認(rèn)為暗物質(zhì)不僅完全超出了能被人類探測和理解的物理范疇，還會通過某種未知力量與自身發(fā)生相互作用。假如暗物質(zhì)與自身互動的方式不同于其與普通物質(zhì)之間的相互作用，便可以解釋暗物質(zhì)是如何從星系中央轉(zhuǎn)移到邊緣地帶的。

但此次發(fā)表的新研究指出，這種解釋也許把事情復(fù)雜化了。還有一種力也可以將暗物質(zhì)從星系中央驅(qū)趕出去：暗物質(zhì)加熱。恒星形成過程中產(chǎn)生的能量與強(qiáng)風(fēng)可以將暗物質(zhì)吹離星系中央。但這一現(xiàn)象缺少直接證據(jù)，而且就算有證據(jù)，也不清楚這種加熱機(jī)制是否足以解釋暗物質(zhì)分布模型與實際觀測之間的差異。

不過這篇新論文提出，暗物質(zhì)加熱的確是正確的解釋。

論文作者們研究了16個矮星系，它們可大致分為兩類：一類星系早在數(shù)十億年前就不再有新的恒星生成，而另一類星系停止產(chǎn)生恒星的時間較晚、或目前仍有恒星形成。

研究人員發(fā)現(xiàn)，年齡較大、活躍度較低的星系中往往存在暗物質(zhì)尖峰，即中心區(qū)域分布有大量暗物質(zhì)。而較活躍的星系中央則通常不存在暗物質(zhì)。

這一新發(fā)現(xiàn)說明暗物質(zhì)加熱現(xiàn)象的確存在，并且在暗物質(zhì)的行為表現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。很久之前便不再產(chǎn)生恒星的星系擁有的能量較少，無力將暗物質(zhì)驅(qū)離星系中心。在這些情況下，暗物質(zhì)的表現(xiàn)方式剛好與簡單模型的預(yù)測相符。而在恒星形成更加活躍的星系中，加熱現(xiàn)象更加頻繁，因此其中暗物質(zhì)的行為表現(xiàn)會與模型發(fā)生偏離。

假如這一發(fā)現(xiàn)正確，暗物質(zhì)的可能范圍便會因此縮小。不過縮小得也有限，因為這個范圍本來就不大，它必須是一種能夠被從含有許多新生恒星的星系中央吹出來的物質(zhì)。該結(jié)果也許還意味著，科學(xué)家不必提出各種各樣千奇百怪的暗物質(zhì)性質(zhì)、借此解釋該物質(zhì)的行為特征。

總之，目前科學(xué)家尚未達(dá)成定論。研究人員在論文中承認(rèn)，他們用來模擬暗物質(zhì)的方法遭遇了一些批評。宇宙中也許還存在其它星系，其中暗物質(zhì)的分布可能介于“峰”與“核”之間，使局面進(jìn)一步復(fù)雜化。

不過就目前而言，暗物質(zhì)科學(xué)家們也算是找到了又一片證據(jù)。