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Abell520星系团中发现暗物质核心,挑战现有解释

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2012-03-05 14:41:35 | 作者:gohomeman1译 | 来源: | 浏览:8327次 ]

原文标题:
原文作者:M.J. Jee,A. Mahdavi,Ray Villard;
来自:
; 发表时间:2012.3.2
翻译:gohomeman1   审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)


摘要:天文学家观测到了大质量星 系 团相撞后,大团暗物质的 奇特分布——它们聚集成“暗核心”,其中包含的 星 系 数量远少于星 系 团合并的 通常预期。事实上,大部分星 系 已经移动到离碰撞区非常远的 地方。这一观测结果对暗物质的 基本理论构成挑战,因为一般认为即使穿过撞击的 冲击波,星 系 还将保留看不见的 (暗)物质。

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Abell 520星 系 团的 多波段合成图像,配色:绿,X线(高温等离子体);橙:光度分布(低温物质);白,星 系 的 可见光图像;蓝,暗物质分布计算。大图,版权:NASA, ESA, CFHT, CXO,本文原作者,下同。

这是一个我们都不愿相信的 观测结果。天文学家发现了大质量星 系 团相撞后,大团暗物质的 奇特分布。

这些暗物质聚集成“暗核心”,其中包含的 星 系 数量远少于星 系 团合并的 预期。事实上,大部分星 系 已经移动到离碰撞区非常远的 地方。这一观测结果对暗物质的 基本理论构成挑战,因为一般认为即使穿过撞击的 冲击波,星 系 还将保留看不见的 (暗)物质。

2007年的 初次观测,由于结果是如此的 异常,天文学家把其搁置一边,并归因于数据质量差。然而,美国宇航局(NASA)的 哈勃太空望远镜对其重新进行了观测,确认这个离我们24亿光年之遥的 巨型星 系 团Abell 520中,碰撞后的 暗物质和星 系 确实已分道扬镳。

现在,天文学家不得不试图解释该星 系 团中暗物质的 怪异行径。

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2007年的 Abell 520观测数据。红,X线;蓝,引力透镜计算;白,可见光。注意本图与上图的 方向不同。

哈勃研究团队领导、加州大学戴维斯分校的 天文学家詹姆斯•杰(James Jee)说:“这就是个谜,暗物质的 表现与预期的 不符,我们也不清楚以后会怎样。关于星 系 形成和暗物质的 理论必须解释我们的 观测结果。”

团队的 研究报告已经被《天体物理学期刊》接受,并已在网上发表。

暗物质在20世纪80年代被首次发现,并被认为是它用引力把星 系 “粘”在一起。这些神秘的 不可见物质与构成恒星 、行星 或者我们的 物质不同,虽然它们组成了宇宙的 大部分质量,天文学家对此却知之甚少。

他们通过暗物质对普通物质的 看不见的 引力作用而推断它们的 存在,就像我们听得到声音却看不见乐队一样。

研究暗物质的 一种方法是分析宇宙中最大的 天体结构——星 系 团之间的 剧烈碰撞。当星 系 团相撞时,天文学家预期星 系 将紧随暗物质运动,就像狗与狗绳的 关系 。而星 系 间的 (等离子体)气体云,由于电磁相互作用,会落在后面。

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子弹星 系 团的 合成图像,配色同上图。

上述理论受到观测数据的 支持:子弹星 系 团的 巨大碰撞中,可见光和X线图像就呈现这种状况。它已成为星 系 团中暗物质如何表现的 教科书理论。

但是对Abell 520星 系 团的 研究显示,暗物质的 行为并非如此。原始观测发现系 统的 核心富集了暗物质和炽热气体,却没有发光星 系 ;而通常情形下,星 系 应该与暗物质在一起。NASA的 钱德拉X线望远镜在该区域发现了炽热气体,天文学家还使用夏威夷莫纳克亚山顶的 加拿大—法国—夏威夷联合望远镜(CFHT)和日本昴星 团望远镜观测了星 系 团对遥远背景星 系 的 引力透镜效应,以测定区域的 暗物质量。新研究的

 
PDF中新观测确定的 物质分布图,红:X线;背景,CHFT图像;橙框:哈勃WFPC2观测区域;白线:质量分布图

天文学家接着借助哈勃第二代广域行星 相机(WFPC2)的 (过往)数据以解开此宇宙之谜:通过引力透镜效应绘制星 系 团中暗物质的 分布图。然而使他们懊恼的 是,哈勃数据证实确认了以前的 发现。

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Abell 520的 四个单色图像,从上到下依次为:哈勃的 可见光图像,CHFT获得的 星 系 团光度分布,基于WFPC2图像进行的 引力透镜法质量分布计算,钱德拉的 X线图像。

团队资深理论学者、加拿大英属哥伦比亚省维多利亚大学的 Arif Babul解释说:“观测Abell 520这样的 天体对我们的 知识而言就是羞辱,它需要我们有跳跃性思维,我们常常得停下来思考。”

是Abell 520行为古怪,还是现在流行的 暗物质理论图像有缺陷?Jee认为得出结论还为时过早。

Jee说:“我们大约知道6个高速相撞的 星 系 团样本中暗物质的 分布图像,其中子弹星 系 团和Abell 520有最清晰的 近期合并证据,但它们的 表现却很不相似。没有单一的 理论能解释这两个碰撞事件中暗物质的 不同行为,我们需要更多的 观测样本。”

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Abell 520和子弹星 系 团(下)的 对比,5个圈为质量密度中心

团队为此发现提出了5、6种解释,不过每种都不完美。“这就像挑选你的 毒药,”团队成员、加州旧金山州立大学的 Andisheh Mahdavi解说道,他是2007年对Abell 520进行初次观测的 团队领队。一种可能的 解释是:Abell 520各部分的 相互作用远比子弹星 系 团复杂。它可能是三个星 系 团相撞的 结果,而子弹星 系 团仅是两个系 统对穿而过。

另一种可能是天文学家认为某种暗物质具有“粘性”。就像两个雪球相撞粉碎,普通物质在相撞中会减速(电磁相互作用)。但暗物质粒子在碰撞中会互相穿过而不会减速。这种方案猜测星 系 碰撞过程中,部分暗物质粒子会相互作用而留下。

第三种可能是核心区包含许多星 系 ,但它们太暗了而看不见。相比普通星 系 ,它们只能形成很少的 恒星 。借助哈勃数据,团队希望进行计算机模拟重演Abell 520的 碰撞过程,并由此给出暗物质奇怪行径的 某些答案。

Tags:哈勃 暗物质 星系团

责任编辑:gohomeman1

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