宇宙最小的星系大盘点 暗物质比例最高

宇宙最小的星系大盘点 暗物质比例最高
2020年01月15日 20:29 新浪网 作者 麻辣科学汇

要在宇宙中寻找暗物质,只需追随普通物质的踪迹就行。宇宙中最大的结构——大型星系、星系群、星系团——都有一个共同的特点:它们的内部运动速度太快。

宇宙最小的星系大盘点 暗物质比例最高

单一旋涡星系的自转速度相当大,某些星系的外围的速度甚至比内圈还要大。这一现象用它们所含的普通物质总量——把恒星、气体、尘埃、等离子体,甚至

黑洞

加在一起都无法解释。

在星系群和星系团内,星系的运动速度同样过快。如果仅仅存在普通物质产生的引力,这些结合在一起的星系就会四处飞散。

如果存在一种看不见的“暗”物质——如果它们是“冷”的,它们的运动速度比光慢;它们不会发生碰撞,不会通过电磁力或核力发生相互作用;它们和普通物质的比例是5比1——那这些过快的运动就都可以得到解释。

但如果我们把目光从这些宇宙间最大的结构身上移开,转而关注那些最小的星系,就会发现一种违反直觉的现象。

矮星系的恒星数量没有旋涡星系那么多,大多不会超过十亿,甚至只有几百万。这些星系内的恒星运动速度比大型星系内的恒星要慢。但是要使这样的结构保持稳定,所需的暗物质比例却比别处要高出许多!

在某些情况下,这种比例甚至会高达20比1,而在极端情况下(更低的质量),这一比例甚至可以上升到几百比1。宇宙中已知最小的星系是我们

银河系

的卫星系,它们所含的恒星只有几百,这些恒星围绕着联合质心运行,运行速度只有15千米/秒——比地球的公转速度还慢。

通过计算我们发现,要使恒星在此空间区域保持该速度公转,所需的暗物质总量竟然是太阳质量的成千上万倍。也就是说,在此极端个例中,暗物质总量要比普通物质高出一千倍。

这是一种令人困惑的现象。宇宙诞生时,暗物质的含量是均匀的,宇宙结构的出现,也是暗物质的功绩。计算机宇宙模拟结果同样表明了这一点,在最大的尺度上,暗物质的分布与我们通过观测和计算推测出来的结果完美吻合。

这种差异来自何处?答案和暗物质的一个特点有关——它们不会发生碰撞。暗物质不会和电磁力发生作用,因此带有能量的光子无法影响到它,也无法把能量传递给它。而能量的互相影响或转移,在普通物质坍缩成恒星的过程中十分重要。

宇宙最小的星系大盘点 暗物质比例最高

新生的恒星是炽热的,会释放出大量辐射;其中的巨星还十分不稳定,最终会导致超新星爆发。这些辐射会朝着所有方向传播,它们前进路上的一切都会受其影响。普通物质会被加速到大于星系的逃逸速度,如果结果是这样,那所有普通物质最终都会被抛出星系,进入星系际空间。

在小型星系中,引力的作用不足以抓住这些普通物质,只留下少量的恒星,以及不和辐射发生作用的暗物质。而在大型星系中,即便是规模最大的天体灾难,也无法把普通物质赶走,因为那里的暗物质非常多,引力非常大,谁也走不了。

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这也是宇宙的神奇之处。之所以有满天的繁星,只是因为存在暗物质。若非如此,物质早已进入星系之间的无边虚空,宇宙中物质的丰度会大大降低,以致于地球不会出现,生命也不会出现。

因为有暗物质,我们才得以存在。小星系的引力,不足以完成这个任务,因此只剩下一个暗物质团和少量的恒星。从而使宇宙间最小的星系,拥有比例最高的暗物质。

暗弱通常意味着矮小,原因却是由于某种强大。

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