2018年，一個國際研究團隊使用美國航空航天局（NASA）/歐洲空間局（ESA）的哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）和其他幾個天文臺的數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)了一個缺失大部分暗物質(zhì)的星系。這個星系位于銀河系的鄰居鯨魚座（Cetus）之中，名為NGC1052-DF2，距離我們4500萬光年。
NGC 1052-DF2星系的這一奇怪發(fā)現(xiàn)，令天文學家倍感意外，因為依據(jù)現(xiàn)有的理解，暗物質(zhì)是當前星系形成和演化模型中的關(guān)鍵組成部分。實際上，如果沒有暗物質(zhì)的存在，原初氣團將缺乏足夠的引力來開始它的塌陷過程，也就無法并形成新的星系。
在此一年之后，研究人員又發(fā)現(xiàn)了另一個缺失暗物質(zhì)的星系，NGC 1052-DF4星系，這進一步引發(fā)了天文學家關(guān)于這些天體性質(zhì)的激烈爭論。
來自NASA / ESA哈勃空間望遠鏡的新數(shù)據(jù)，為NGC 1052-DF4星系的潮汐破壞提供了進一步的證據(jù)，這一結(jié)論解釋了此前的奇怪發(fā)現(xiàn)，即該星系缺失了它的大部分暗物質(zhì)。通過研究星系發(fā)出的光和球狀星團的分布，天文學家得出結(jié)論：來自鄰近星系NGC 1035的引力將NGC 1052-DF4的暗物質(zhì)剝離了出去，而這一強大的引力作用現(xiàn)在正在逐漸拆解NGC 1052-DF4星系。上面的圖像是根據(jù)構(gòu)成數(shù)字巡天第二階段（Digitized Sky Survey 2）的圖像創(chuàng)建的，顯示了NGC 1052-DF4周圍的天空。
圖片來源：ESA /哈勃、NASA、數(shù)字巡天第二階段
致謝：戴維德·馬丁（Davide de Martin）
現(xiàn)在，研究人員用哈勃的新數(shù)據(jù)來解釋為什么NGC 1052-DF4中會缺失大部分暗物質(zhì)。澳大利亞新南威爾士大學（University of New South Wales）的米雷亞·蒙特斯（Mireia Montes）帶領(lǐng)的一個國際天文學家團隊，使用深光學成像技術(shù)研究了這個星系，他們發(fā)現(xiàn)，潮汐破壞（tidal disruption）的影響可以解釋缺失的暗物質(zhì)。鄰近的大型星系NGC 1035的引力正在將NGC 1052-DF4裂解開來，在此過程中，暗物質(zhì)被去除了，而恒星在隨后的階段中感受到的則是與另一個星系相互作用的影響。
直到現(xiàn)在，天文學家也很難發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)以這種方式被去除掉，因為只有使用能夠揭示極微弱特征的極深圖像，才能觀察到這種情況?！拔覀円詢煞N方式使用到了哈勃望遠鏡，發(fā)現(xiàn)NGC 1052-DF4正在發(fā)生某種相互作用，”蒙特斯解釋說，“這兩種方式分別是研究星系的光和球狀星團的分布?！?/span>
上面的圖像展示了NGC 1052-DF4星系周圍的區(qū)域，由西班牙特內(nèi)里費島泰德天文臺（Teide Observatory）的IAC80望遠鏡所拍攝，圖像突出顯示了視野中的主要星系，包括NGC 1052-DF4（位于圖像的中心）及其相鄰的NGC 1035（位于圖像左側(cè)中部）。
圖片來源：米雷亞·蒙特斯等人
由于哈勃望遠鏡具有很高的分辨率，天文學家可以從所得數(shù)據(jù)中識別出星系的球狀星團。通過進一步研究西班牙加那利群島上口徑長達10.4米的加那利大型望遠鏡（Gran Telescopio Canarias，GTC）和IAC80望遠鏡的數(shù)據(jù)，研究人員對哈勃的觀測結(jié)果做出了相應(yīng)的補充。
“僅僅花費大量的時間在數(shù)據(jù)觀察上是遠遠不夠的，仔細地處理數(shù)據(jù)才是至關(guān)重要的，”西班牙加那利天體物理研究所（Instituto de Astrofísica de Canarias）的團隊成員勞爾·因凡特-塞恩斯（Raúl Infante-Sainz）解釋說，“因此重要的是，我們要使用的不只是一臺望遠鏡或儀器，而是多個地基和太空中的觀測儀器來進行這項研究。利用哈勃望遠鏡的高分辨率，我們可以識別出球狀星團，然后利用加那利大型望遠鏡的光度測量，我們可以得到星系的物理特性。”
科學家認為，球狀星團是在劇烈的恒星形成過程中形成的，多個恒星的形成則進一步塑造了星系。這些星團因恒星緊密地聚集在一起而產(chǎn)生了易于觀察的邊界和光度，因此可以很好地說明它們所在星系的性質(zhì)。通過研究和表征NGC 1052-DF4星系中星團的空間分布，天文學家可以深入地了解星系本身的當前狀態(tài)，而這些星團的直線形排列表明，它們正在從宿主星系中被“剝離”，這支持了潮汐破壞事件正在發(fā)生的結(jié)論。
通過研究星系的光，天文學家也捕捉到了潮汐尾（tidal tails）的證據(jù)，它們是由遠離NGC 1052-DF4的物質(zhì)形成的，這進一步支持了以下結(jié)論：這是一個潮汐破壞事件。進一步的分析得出的結(jié)論是，星系的中心部分未受影響，星系中僅有7%的恒星質(zhì)量處于潮汐尾中。這意味著一開始的時候，暗物質(zhì)被優(yōu)先從星系中剝離出來，因為暗物質(zhì)的密度比恒星低，而現(xiàn)在，星系外圍的行星部分也開始被逐漸剝離。
“這為我們提供了一個很好的指示：雖說星系中的暗物質(zhì)已經(jīng)從系統(tǒng)中蒸發(fā)掉了，但恒星才剛剛開始受到潮汐破壞的影響，”西班牙西班牙加那利天體物理研究所的成員伊格納西奧·特魯希略（Ignacio Trujillo）解釋說，“隨著時間的推移，NGC 102-DF4將被圍繞NGC 1035的大型系統(tǒng)拆解吞噬，至少會有其中的一些恒星在深空中自由地漂蕩?！?/span>
作為對于星系缺失暗物質(zhì)的原因解釋，支持潮汐破壞機制的證據(jù)發(fā)現(xiàn)不僅解決了一項天文學難題，也讓天文學家們松了一口氣，因為如果沒有它，科學家或許就不得不修訂我們對引力定律的理解。
蒙特斯補充說：“這項發(fā)現(xiàn)，讓有關(guān)星系如何形成和演化的現(xiàn)有知識，與最有利的宇宙學模型達成了一致。”
參考來源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-hubble-data-explains-missing-dark-matter
