NASA罗曼太空望远镜将通过分析仙女座星系中的恒星流来研究暗物质

宇宙中一些最精细、最微小的细节--拉长的恒星群之间的缝隙--可能很快就会帮助天文学家比以往任何时候都更详细地揭示暗物质。美国国家航空航天局（NASA）的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜发射升空后，到2027年5月，研究人员将利用它的图像来探索从球状星团中拉扯出来的环状恒星卷须之间存在着什么。

有时，恒星会在环绕大质量星系运行的过程中被从球状星团中剥离出来。研究人员已经在我们的银河系中发现了几个这样的例子--他们还发现了这些环形卷须之间的间隙。是什么造成了这些间隙呢？一种可能性是：一种被称为暗物质的物质。南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜发射升空后，天文学家将利用其庞大的高清图像，首次发现附近星系中更多的潮汐流--以及可能伴随的缝隙。我们的邻居仙女座星系就是一个主要的候选星系，如上图所示。不久之后，研究人员不仅能够识别仙女座星系中的潮汐流，还可能利用罗曼望远镜的高分辨率来确定这种神秘物质的更多特性。资料来源：美国国家航空航天局，约瑟夫-奥姆斯特德（STScI）

具体来说，他们将重点关注来自环绕我们邻近的仙女座星系的球状星团的潮汐流。他们的目标是精确定位这些潮汐流的更多实例，检查恒星之间的间隙，并在理想情况下确定暗物质的具体属性。

球状星团流就像在宇宙中飘动的丝带，既能引领球状星团，也能沿着它们的轨道尾随球状星团。它们在银河系中的长度千差万别。非常短的恒星流相对年轻，而那些完全环绕银河系的恒星流可能几乎和宇宙一样古老。完全环绕仙女座星系的恒星流可能有 30 多万光年长，但宽度不到 3000 光年。

有了 罗曼，天文学家将能够首次搜索附近星系的球状星团恒星流。罗曼的宽视场仪器有 18 个探测器，生成的图像大小是哈勃太空望远镜近红外相机的 200 倍，分辨率略高。

南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜的宽视场仪器的巨大足迹显示了其相机在单幅图像中可以观测到的范围。(宽视场仪器有 18 个方形探测器）在这个足迹内是一幅模拟的罗曼图像。背景是数字化巡天拍摄的仙女座星系主圆盘的地面图像。图中提供的是美国宇航局月球勘测轨道器拍摄的满月照片，以示比例。仙女座星系在天空中的直径约为 3 度，而月球的直径约为 0.5 度。(实际上，月球比仙女座小得多，但也近得多）。宽视场仪器的足迹一次就能捕捉到 0.28 平方度的天空。仙女座是一个螺旋星系，其大小和结构与银河系相似，但质量更大。它距离地球大约 250 万光年。资料来源：图片：NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS; Simulation：NASA, STScI, Benjamin F. Williams (UWashington)

"罗曼望远镜将能够拍摄仙女座星系的巨大快照，这是其他任何望远镜都无法做到的，"《天体物理学杂志》最近一篇相关论文的第一作者、加利福尼亚州斯坦福大学博士后克里斯蒂安-阿甘泽（Christian Aganze）分享道。"我们还预计，罗曼望远镜将能够探测到单个恒星。"

结果可想而知：罗曼望远镜巨大而精致的图像将使研究人员能够轻松识别仙女座中的许多球状星团流。迄今为止，天文学家利用现有的太空和地面望远镜只能研究银河系中数量稍少的球状星团流。

许多人认为暗物质是一种粒子，但目前还无法直接观测到它，因为它不会发射、反射、折射或吸收光线。如果我们看不到它，怎么知道它存在呢？"我们可以看到暗物质对星系的影响，"阿甘兹解释道。"例如，当我们模拟星系如何旋转时，我们需要额外的质量来解释它们的旋转。暗物质可能提供了这种缺失的质量。"

包括银河系在内的所有星系都被暗物质光环包围着。随着天文学家对暗物质性质的进一步了解，他们可能会发现有证据表明，星系的光环可能还包含大量较小的暗物质子光环，这是模型所预测的。"这些光环可能大致呈球形，但它们的密度、大小，甚至是否存在，目前还不得而知，"论文合著者、伊利诺伊州埃文斯顿西北大学研究助理教授 Tjitske Starkenburg 解释说。

罗曼将重新定义他们的搜索。"我们预计暗物质会与球状星团流相互作用。如果其他星系中也存在这些亚晕，我们预测会在球状星团流中看到可能由暗物质造成的缺口，"斯塔肯伯格继续说。"这将为我们提供有关暗物质的新信息，包括暗物质晕的种类及其质量。"

阿甘兹和斯塔肯伯格估计，罗曼号将在附近星系内有效地提供他们所需的数据--总共只需要一个小时--这些观测数据可能会被高纬度广域巡天项目所捕获。

斯塔肯伯格还将通过她对另一个项目的贡献来帮助为这项调查奠定基础，该项目最近被美国国家航空航天局的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜研究和支持参与机会计划选为资助项目。她解释说："这个团队计划通过开发一个更详细的理论框架，来模拟球状星团是如何形成恒星流的。我们将继续预测形成星流的球状星团的起源地，以及这些星流是否能被罗曼望远镜观测到"。

阿甘兹还对目前或即将上线的其他项目感到兴奋。他说："欧洲航天局的欧几里德任务已经开始探索宇宙的大尺度结构，这将帮助我们更多地了解暗物质的作用。维拉-鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）不久也将带着类似的目标反复扫描夜空。在我们为罗曼号做准备的同时，这些任务所获得的数据将对约束我们的模拟非常有用。"

编译自/ScitechDaily