照彻暗物质的星系团暗淡辉光

[ 录入者:Melipal | 时间:2019-01-19 21:49:36 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:1096次 ]

原文标题:Faint Glow Within Galaxy Clusters Illuminates Dark Matter

作者:Leah Ramsay / Ray Villard & Mireia Montes   原文来自:NASA   Posted: 2018. 12. 20

编译:Melipal   审校:Linq

根据一篇20日在线发表在《皇家天文学会月刊》杂志上的研究论文,重新审视哈勃望远镜拍摄的星系影像可能会在通往阐明难以捉摸的暗物质本质的道路上前进一步。暗物质是组成了宇宙中大多数物质的不可观测成分。

天文学家借助之前哈勃在前沿视场(Frontier Fields)计划中对6个大质量星系团的观测结果,说明了星系际辐射(也就是星系团中各个星系之间的弥漫光)追溯了暗物质的踪迹,较X射线观测更精确地勾勒出了暗物质的分布情况。

哈勃凭借优异的灵敏度以及分辨率在星系团阿贝尔S1063的无数星系之间捕获了星系际辐射,也就是图中柔和的蓝色弥漫光。造就了这种辐射的恒星被抛出了自身所在的星系之外。现在这些恒星孤独地生活着,不再是任何星系的一分子,只服从于整个星系团的引力。天文学家发现,星系际辐射同星系团整体引力场中物质的分布成协,这使得这种光线成为团中不可见暗物质分布的良好指针。图片提供:NASA, ESA and M. Montes (University of New South Wales)

星系际辐射是扰动星系结构的星系相互作用带来的副产品。在这样的混乱过程中,单独的恒星从母星系的引力束缚中被抛出,并将自己重置于整个星系团的引力地图中。星系团也是大部分暗物质的所在。X射线辐射给出了星系团中星系碰撞事件的所在,不过并不能说明团中的幕后结构。所以X射线辐射对于示踪暗物质来说不是那么精确。

论文的合作者、来自澳大利亚悉尼新南威尔士大学的米雷亚·蒙蒂斯(Mireia Montes)说:“星系际辐射是星系团中暗物质的绝佳示踪物,这是因为暗物质以及产生星系际辐射的恒星都是自由漂浮在星系团本身的引力势阱中的,因此它们的运动遵循的是完全相同的引力场。我们发现了一种新的方法来说明暗物质分布的区域,原因是你可以直接跟踪同样的引力势阱。我们能够凭借一种非常暗淡的辐射来照亮暗物质的所在。”

蒙蒂斯还特别说明,这一方法不仅精度高,而且还更为有效——它只需要进行深度拍摄,毋须更加复杂也更为耗时的分光观测。这意味着我们可以使用更短的时间研究宇宙中更多的星系团和天体,得到更多有关暗物质组分及其行为的潜在线索。

蒙蒂斯说:“这一方法让我们得以从统计学的角度上为暗物质的终极本质定性。”

在成员星系的明亮光辉之中,星系团MACS J0416.1-2403也会发出柔和的星系际辐射。这样的辐射是由不属于任何一个星系的恒星产生的。很久以前,当原本的母星系被团中的引力撕碎时,这样的恒星就散布在整个星系团中了。这些无家可归的恒星最终服从于整个星系团的引力。哈勃望远镜独特的灵敏度和分辨率捕获了这种暗弱的光线,并用其追溯支配星系团引力场的不可见暗物质的分布。图片提供:NASA, ESA and M. Montes (University of New South Wales)

来自西班牙特内里费(Tenerife)加那利群岛天文学研究所的合作者伊格纳西奥·特鲁吉洛(Ignacio Trujillo)说:“当我们审视哈勃前沿视场的原始影像时,得到了这项研究的灵感。哈勃前沿视场以空前的清晰度展示出了星系际辐射的情况,这些图像很有启发性。不过我还是没有料到,结果能有如此精确。这意味着未来的空间天文学研究会是非常激动人心的。”特鲁吉洛曾与蒙蒂斯一道研究了星系际辐射很多年。

天文学家使用了修正豪斯道夫距离(Modified Hausdorff Distance,简称MHD,这是一种用于形态匹配的标度)来测量星系际辐射的等高线分布与星系团不同的质量等高线分布,后者也是由米库尔斯基(Mikulski)空间望远镜档案馆(MAST)存档的哈勃前沿视场数据的一部分。MHD度量的是两个子集之间的相似程度。MHD数值越小,两个点集的相似度就越高。这一分析表明,在6个星系团中,与X射线辐射相比,哈勃前沿视场所见的星系际辐射分布更好地吻合了物质分布的情况。X射线辐射是根据钱德拉X射线天文台的先进CCD成像光谱仪(ACIS)观测存档导出的。

在这项初期研究之外,蒙蒂斯和特鲁吉洛还在寻找不同的机会来扩展他们的研究。作为起始,他们将增大在最早这6个星系团中的观测半径,以检验示踪精度的保持情况。另一项对其方法的重要检验将是由其他研究组对更多的星系团进行观测和分析,以扩大数据集,并证实他们的发现。

天文学家还期盼着能够使用相同的技术,利用未来更强大的空间望远镜(如詹姆斯·韦布空间望远镜和WFIRST)进行研究,这些望远镜有着更灵敏的仪器,能够解析出来自遥远宇宙的暗淡星系际辉光。

特鲁吉洛还想将尺度从大质量星系团缩小到单个星系内来进行测试:“将这种方法用在星系尺度上会是很吸引人的。举例来说,我们可以以此来探索星系晕。从原则上看,相同的原理应该是有效的。环绕在星系周边的恒星是星系并合的产物,它们也应该按照星系的引力势阱运动,并勾勒出暗物质所在的位置和分布。”

哈勃前沿视场计划是一项深度成像计划,设计目标是借助星系团引力的天然放大镜效应来观测位于其后方的极远星系,进而了解早期(远方)宇宙以及此后星系演化情况的线索。在这样的研究中,弥漫的星系际辐射是一种干扰,它会部分遮挡背后的遥远星系。然而这种暗淡的辉光最终却为天文学最大的谜题之一——暗物质的本性带来了重要的线索。

哈勃空间望远镜是NASA与ESA(欧洲空间局)的国际合作项目。马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)的NASA戈达德太空飞行中心管理着望远镜。马里兰州巴尔的摩(Baltimore)的空间望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科研运转。STScI由华盛顿特区的联合大学天文学研究机构为NASA管理。

(全文完)

Tags:暗物质 星系际辐射

责任编辑:Melipal

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