填满仙女星系缝隙的是暗物质吗？NASA的望远镜可以找到答案
恒星流之间的空间可能受到宇宙中最神秘物质形式的影响。
罗曼望远镜将在仙女星系恒星与暗物质之间搜寻的模拟图像（图片来源：NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS）
美国国家航空航天局即将发射的南希·格雷丝·罗曼太空望远镜所拍摄的图片可能会让科学家们得以在恒星间寻找暗物质。
一个国际研究团队认为，悬挂在紧密堆积的古老星体——球状星团的恒星串上的裂缝的出现，可能是受到了暗物质团块的影响。
迄今为止，天文学家只能学习这些悬挂在银河里的星流，这意味着我们对它们的了解很有限。而将于2027年发射的罗曼望远镜足够敏感，以至于可以观测到与我们相邻的仙女星系的结构——掌握这些细节，它将可能观测到暗物质所导致的扰乱，为天文学家提供关于这种难以捉摸的物质的线索。
“在我们的银河系之中，星流中的缝隙或许是由暗物质造成的，” 团队成员、西北大学的科学家蒂吉特斯克·斯塔肯伯格在一份声明中说。“但这些裂缝也有可能是通过其他方式形成的。”
该团队认为，由于罗曼能够观测除银河系以外其他星系裂缝的图像，它会在整体上为科学家们提供更好的裂缝图像。这能有助于最终确定这些暗物质团块的存在与特性。
恒星的“言外之意”
暗物质困扰着科学家们，即使事实上它在宇宙中约占85%，他们仍然对它知之甚少。
暗物质不反射光，这意味着它无法被我们看到，也并非由我们日常生活中常见物质的组成部分——电子、质子和中子组成的原子构成。想想看恒星、行星、花朵和图书吧。我们能够用肉眼看到的一切——包括我们的身体本身——都是由这些常见的物质组成的。
暗物质确实可以与重力相互影响，然而，这也意味着科学家能够推断其存在的唯一方法就是观察它对重力的影响，以及其如何继而影响所有的日常物质和光。
事实上，暗物质与重力的相互影响对宇宙的进化着实是一件幸事。例如，一些星系旋转得太快，以至于那些可视物体（比如恒星、气体、灰尘和行星）的重力不足以阻止它们散架。
“我们可以看到暗物质对星系的影响，”斯坦福大学的研究团队成员兼博士后研究员克里斯蒂安·阿甘泽在声明中表示，“例如，当我们建立星系如何旋转的模型时，我们需要额外的质量以解释他们的旋转。暗物质或许能够填补这些缺少的质量。”
图片展示了仙女星系周围的可视恒星流（图片来源：NASA, Joseph Olmsted (STScI)）
暗物质的线索很可能在球状星团上，这种星团通常包含数百万颗恒星，以及松散的恒星流。这是因为科学家认为暗物质可以在这些恒星流中“打孔”，创造一个可以使自然界中拥有最神秘形式的物质通过的裂缝。
“这些恒星流是最适合观察暗物质团块的影响的。原因有两方面，” 斯塔肯伯格说：“第一，这些恒星流生活在星系的极边缘地带，这里很难保持结构。其二，这些恒星流在本身非常稀薄，因为他们由密集的星团形成，这意味着你可以更容易看到其缝隙或者任何干扰。”
这不是一个新鲜的观点，但它没有被充分利用以弄清暗物质问题的真相。如今的天文望远镜和地面仪器，则仅限于在银河系中少数球状星团悬挂的恒星流中寻找暗物质形成的孔洞。
位于距离地球一百万平方英里（即160万平方千米）的位置，罗曼首次观测了临近星系的许多特征，尤其是仙女星系。它的广角仪器将会使它所创建的图像比哈勃望远镜创建的大200倍。
为了验证这一点，团队模拟了恒星流，并让它们与暗物质团块相互作用，产生了预计的缝隙。然后，科学家们模拟了罗马号对这些恒星流中暗物质撞击形成的空间的观测。他们得出结论，罗马号最终向宇宙张开它的“眼睛”时，确实能够探测到这些缝隙。
罗曼将会更清晰地解释暗物质
关于悬挂在球状星团的恒星流的研究并非罗曼唯一的在宇宙中搜索暗物质的方式。
科学家认为，大部分甚至全部的的星系都被这种神秘物质的色圈所包围。
而且，这些色圈被认为远远超出星系的可视容纳物范围。而这些光环也将由以NASA首任天文学主管南希·格雷丝·罗曼命名的太空望远镜进行研究，她因“哈勃之母”的名号而广为人知。
罗曼望远镜不仅用来研究在仙女星系周围的暗物质色圈，还用来研究邻近星系周围可能存在的较小的暗物质子晕。
“我们希望较小的暗物质子晕能够和球状星团流相互作用，”斯塔肯伯格说。“如果这些子晕出现在其他星系，估计我们就能在球状星团流中看到因这些子晕产生的裂缝了。”
“这将会为我们提供有关暗物质的新信息，包括哪种暗物质色圈是存在的，以及它们的质量是多少。”
除了参与这次研究，斯塔肯伯格还通过美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜研究和支持参与机会计划提供资金，为罗曼望远镜的暗物质探查工作打下了基础。
“这个团队计划模拟球状星团如何形成恒星流的更详细的理论框架。”她说。“我们会继续预测形成恒星流的球状星团的起源问题，以及这些恒星流是否能够被罗曼望远镜观测到。”
该团队的研究详述于论文资料库arXiv上的一篇预印本论文中，并已被《天体物理杂志》接受发表。
BY:Robert Lea
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