1.15亿光年外的“幽灵”星河 天文学家首次在系外星系发现暗物质新线索

这项研究成果近日发表在《自然》杂志上。该国际研究团队成员包括西北大学天体物理学家Tjitske Starkenburg，以及共同主导该研究的哥本哈根大学的Julie Kiel Holm和丹麦技术大学的Sarah Pearson。这一发现的珍贵之处在于，这条星流不仅是恒星的集合，其形状还保留了这些恒星运动轨迹上的引力环境信息，为天文学家提供了原本不可见质量的绝佳“可见示踪剂”。

西北大学跨学科天体物理探索与研究中心的助理研究教授Starkenburg解释称，星流中的恒星几乎沿着相同的轨道运行，而该轨道正是由星系的引力塑造的。通过对这种引力进行建模，可以估算出星系的总质量，在扣除已知恒星等可见物质的质量后，剩余的部分必然是暗物质。球状星团原本是包含大量恒星的紧密引力束缚群，但在围绕星系运行的过程中，宿主星系的引力会逐渐将恒星从星团中剥离出来。这些逃逸的恒星倾向于留在星团轨道附近，逐渐拉伸成狭长的星流，此类结构可存续数十亿年。

此前，天文学家已经在银河系中发现了数十条球状星团星流。但由于远距离星流的表面亮度极低，在其他星系中寻找类似结构一直困难重重。然而，UGC 9050-Dw1星系提供了极为有利的观测条件。作为一个超弥散星系，它在广阔区域内仅包含相对较少的可见恒星，这种暗淡的背景使得极其微弱的星流能够显现出来。

该研究的合著者、亚利桑那大学的David Sand和Catherine Fielder对NASA哈勃空间望远镜的档案观测数据进行了深入分析，而另一位合著者David Hendel在研究该星系的已发表图像时，敏锐地注意到了一条看起来极像星流的狭窄弯曲特征。早期的哈勃和射电观测已经表明，UGC 9050-Dw1具有扭曲的外观、明显的恒星羽流和异常丰富的球状星团。研究人员估计其包含约52个球状星团，贡献了该星系约20%的总光度。这种奇特的结构甚至让天文学家推测，它可能是矮星系合并或其他强烈相互作用的残骸。

暗物质占据了宇宙物质的约85%，却无法被传统望远镜直接探测，只能通过其对可见天体的引力影响来推断。在确认了UGC 9050-Dw1周围的结构后，研究人员生成了数千次计算机模拟，不断调整原始球状星团的属性和星系内的物质分布，并将模拟出的星流与实际观测到的弧线进行对比。结果证实该星流确实源于球状星团，且模型支持该星系被包裹在一个巨大的暗物质晕中。Kiel Holm表示，这提供了一种测量超弥散星系暗物质的全新工具，证明了该方法同样适用于银河系之外。

这一结果意义深远，超弥散星系现已成为检验暗物质理论的重要试验场。一条足够薄的星流甚至可以充当“宇宙探测器”：如果有集中的暗物质穿过或靠近星流，其引力会干扰恒星，产生断层、团块或其他不规则现象。Starkenburg指出，如果能确认这些特征是由暗物质引起的，将为测试暗物质的分布及其基本性质提供全新的方法。

目前，UGC 9050-Dw1只是一个单一案例，但未来发现更多此类星流，将使科学家能够跨星系比较暗物质环境。欧洲航天局的欧几里得任务和NASA即将推出的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜，其视野将比哈勃大100倍。Starkenburg表示，能够利用现有的哈勃数据结合地面望远镜发现并确认系外星流，令人对新一代空间望远镜在未来揭开更多暗物质谜团充满期待。