銀河系邊緣的恒星運行速度較慢 銀河系核心的暗物質含量可能比之前估計的要少。圖像：uux.cn/皇家天文學會每月通知（2024年）。系邊系核心DOI: 10.1093/mnras/stae034
（神秘的恒星地球uux.cn）據麻省理工學院（詹妮弗·朱）：通過記錄銀河系中恒星的速度，麻省理工學院的速度物理學家發現，與距離銀河系中心較近的較慢恒星相比，銀河系盤面較遠的暗物恒星運行速度比預期的要慢。這些發現提出了一個令人驚訝的質含之前可能性:銀河系的引力核心可能比以前認為的質量更輕，包含的估計暗物質更少。
新的銀河緣的運行銀河結果是基于該團隊對蓋亞和遠地點儀器采集的數據的分析。蓋亞是系邊系核心一個軌道太空望遠鏡，可以跟蹤銀河系中10億多顆恒星的恒星精確位置、距離和運動，速度而遠地點是較慢一個地面測量。
這些物理學家分析了蓋亞對33，暗物000多顆恒星的質含之前測量結果，包括銀河系中一些最遠的恒星，并確定了每顆恒星的“圓周速度”，即恒星在銀河系盤面上的旋轉速度，前提是恒星與銀河系中心的距離。
科學家們繪制了每顆恒星的速度與距離的關系圖，以生成一條旋轉曲線——這是天文學中的一個標準圖表，代表了物質在距離星系中心給定距離的情況下旋轉的速度。這條曲線的形狀可以讓科學家了解整個星系中分布著多少可見物質和暗物質。
麻省理工學院物理學助理教授Lina Necib說:“我們真正驚訝地看到，這條曲線在一定距離內保持平坦、平坦、平坦，然后開始下降。”“這意味著外層恒星的旋轉速度比預期的要慢一點，這是一個非常令人驚訝的結果。”
該團隊將新的旋轉曲線轉化為暗物質的分布，可以解釋外層恒星的減速，并發現由此產生的地圖產生了比預期更亮的銀河系核心。也就是說，銀河系中心的密度可能比科學家想象的要低，暗物質也更少。
“這使得這一結果與其他測量結果產生了矛盾，”Necib說。“在某個地方有可疑的事情發生，弄清楚那個地方真的很令人興奮，真的有一張銀河系的連貫照片。”
該團隊在《皇家天文學會月報》上報告了他們的研究結果。該研究的麻省理工學院合著者，包括Necib，是第一作者肖偉歐，安娜克里斯蒂娜艾勒斯和安娜弗雷貝爾。
“在虛無中”
像宇宙中的大多數星系一樣，銀河系像漩渦中的水一樣旋轉，它的旋轉在某種程度上是由所有在其圓盤內旋轉的物質驅動的。20世紀70年代，天文學家薇拉·魯賓首次觀察到星系的旋轉方式不能純粹由可見物質驅動。
她和她的同事測量了恒星的圓周速度，發現由此產生的旋轉曲線出人意料地平坦。也就是說，恒星的速度在整個星系中保持不變，而不是隨著距離的增加而下降。他們得出結論，一定是其他類型的不可見物質對遙遠的恒星產生了作用，給了它們一個額外的推力。
魯賓在旋轉曲線方面的工作是證明暗物質存在的第一批有力證據之一。暗物質是一種看不見的未知實體，估計比宇宙中所有的恒星和其他可見物質都重。
此后，天文學家在遙遠的星系中觀察到了類似的平坦曲線，進一步支持了暗物質的存在。直到最近，天文學家才試圖繪制我們銀河系中恒星的旋轉曲線。
歐指出:“事實證明，當你坐在一個星系中時，很難測量旋轉曲線。”
2019年，麻省理工學院物理學助理教授安娜-克里斯蒂娜·艾勒斯（Anna-Christina Eilers）利用蓋亞衛星發布的一批早期數據繪制了銀河系的旋轉曲線。發布的數據包括距離銀河系中心25千秒差距，約81，000光年的恒星。
根據這些數據，艾勒斯觀察到銀河系的旋轉曲線似乎是平坦的，盡管與其他遙遠的星系相似，只是略有下降。根據推斷，銀河系的核心可能含有高密度的暗物質。但這一觀點現在發生了轉變，因為望遠鏡發布了新一批數據，這次包括了距離銀河系核心近10萬光年的30千秒差距的恒星。
弗雷貝爾說:“在這些距離上，我們就在星系的邊緣，那里的恒星開始逐漸減少。”“沒有人探索過物質如何在這個外星系中運動，而我們實際上處于虛無之中。”
奇怪的緊張氣氛
弗雷貝爾、內西布、歐和艾勒斯跳到了蓋亞的新數據上，希望在艾勒斯的初始旋轉曲線上進行擴展。為了完善他們的分析，研究小組用遠地點的測量結果補充了蓋亞的數據。遠地點是阿帕奇點天文臺的銀河演化實驗，該實驗測量了銀河系中70多萬顆恒星的極其詳細的屬性，例如它們的亮度、溫度和元素組成。
“我們將所有這些信息輸入一種算法，試圖學習它們之間的聯系，從而可以更好地估計恒星的距離，”歐解釋說。“這就是我們如何向更遠的地方推進的方法。“
該團隊確定了33，000多顆恒星的精確距離，并使用這些測量結果生成了散布在銀河系中大約30千秒差距的恒星的三維地圖。然后，他們將這張地圖整合到一個圓周速度模型中，根據銀河系中所有其他恒星的分布情況，模擬任何一顆恒星的運動速度。然后，他們在圖表上繪制了每顆恒星的速度和距離，以產生銀河系的最新旋轉曲線。
“這就是奇怪的地方，”內西布說。
研究小組沒有看到像以前的旋轉曲線那樣的溫和下降，而是觀察到新曲線在外端的下降幅度比預期的更大。這種意想不到的下降表明，雖然恒星在某一距離上的速度可能一樣快，但在最遠的距離上它們會突然減速。郊區的恒星似乎比預期的移動得更慢。
當研究小組將這一旋轉曲線轉換為整個銀河系中必須存在的暗物質數量時，他們發現銀河系核心所含的暗物質可能比之前估計的要少。
“這一結果與其他測量結果相矛盾，”Necib說。“真正理解這一結果將產生深刻的反響。這可能會導致更多的隱藏質量超出銀河系盤的邊緣，或者重新考慮我們銀河系的平衡狀態。我們試圖在即將到來的工作中找到這些答案，使用類似銀河系的高分辨率模擬。”