浙江
距离地球约1.15亿光年的超弥散星系UGC 9050-Dw1周围，一条宛如幽灵般的星带正为天文学家提供追踪宇宙最神秘成分——暗物质的罕见新途径。研究人员表示，这是首次在其他星系中发现的球状星团星流，这一发现将利用引力研究暗物质的技术范围正式拓展到了我们所在的星系邻域之外。
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。
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