银河系中的暗物质，其实没那么多？

在一项新发表于《皇家天文学会月刊》的研究中，研究人员在分析了遍布在银河系中的恒星的速度后发现，与靠近银心的恒星相比，那些离银心最远的恒星的运动速度比预期的要慢。这一发现预示着一个令人惊讶的可能性：银河系的引力核心的质量，可能比之前认为的更轻，包含的暗物质也更少。

平坦的自转曲线

在上个世纪70年代，天文学家薇拉·鲁宾（Vera Rubin）最先观察到星系的旋转方式不能全部由可见物质驱动。她与同事在测量了恒星的环绕速度后发现，星系的自转曲线出奇地平坦。也就是说，恒星的速度并不会随着距离的增加而下降，而是保持不变。因此，他们得出结论认为，一定存在某些看不见的物质对遥远的恒星施加了额外的引力作用。

观测表明，天体的速度在超过特定距离后就会开始趋于平稳（右），而不是像预期那样下降（左）。这个观测结果意味着星系中或许包含了大量看不见的暗物质。（图/新原理研究所）

这些看不见的物质，正是所谓的暗物质。自鲁宾的工作之后，天文学家在遥远的星系中观测到了类似的平坦曲线，进一步支持了暗物质的存在。而直到最近，天文学家才试图用恒星来绘制银河系的自转曲线。

奇怪的下降

在这项新的研究之前，研究人员曾利用Gaia发布的更早期数据，绘制了银河系的自转曲线。Gaia是一个轨道空间望远镜，它追踪银河系中超过10亿颗恒星的精确位置、距离和运动。在此前研究的那批数据中，包含的最远恒星距银心约8.1万光年。

当时，研究人员基于这些数据观测到，银河系的自转曲线几乎是平坦的，只有非常轻微的下降，但总体来说与其他一些遥远的星系很相似。并由此推断，银心可能含有高密度的暗物质。但是现在，这种看法发生了改变。

在新的研究中，研究人员分析了Gaia对3.3万多颗恒星的测量结果。在这新一批的数据中，包含的最远的恒星距离银心将近10万光年之远。在这样的距离上，研究人员刚好触及到银河系的边缘，在这里，恒星开始逐渐消失。

为了完善他们的分析，研究人员利用APOGEE的测量结果补充了Gaia的数据。APOGEE以极其详细的细节测量了银河系中70多万颗恒星的特性，比如它们的亮度、温度和元素组成。所有的这些信息被输入到一个算法中，这样能够更好地估计恒星的距离。

利用这些结果，研究人员生成了一张恒星在银河系中的3D分布图。然后，他们将这张地图整合到一个环绕速度模型中，并基于星系中的所有其他恒星的分布，模拟任意一颗恒星的运动速度应该有多快。然后，他们将每颗恒星的速度和距离绘制在一张图表上，绘制了新的银河系自转曲线。

他们惊讶地发现，与之前的轻微下降相比，新的自转曲线的外端，出现了比预期更大的下降幅度。也就是说，这条曲线在一段显著的距离范围内保持平坦之后，会开始下降。

这种意想不到的变化表明，虽然恒星在一定距离内可能会以同样快的速度运行，但它们在最远的距离上会突然减速。外层恒星的运动速度可能比预期的要慢。

当他们将这条自转曲线转化为整个银河系中的暗物质分布图时，发现从这张分布图中会得出一个与之前的观测相悖的结论：银心含有的暗物质可能比之前估计的更少。

找到离奇之处

这个结论与其他测量结果是相悖的。研究人员认为，某些地方一定发生一些匪夷所思的事情，弄清楚它在哪里，就可以获得一张真正连贯的银河系图像。研究这一结果将产生深远的影响，它或许意味着有更多的隐藏质量存在于银盘边缘，或者意味着我们需要重新思考银河系的平衡状态。研究人员表示，在接下来的工作中，他们将试图找到这些迷思的答案。

#创作团队：

编译：不二北斗

排版：雯雯

#参考来源：

https://news.mit.edu/2024/study-stars-travel-more-slowly-milky-ways-edge-0126

#图片来源：

封面图&首图：ESA/Gaia/DPAC, Edited by MIT News