韩国研究团队发现追踪宇宙根本“暗物质”的线索

Published 05 Jan.2023 10:53(KST)

Yonsei大学研究团队在早期星系中探测到星系团内光
“流浪恒星在宇宙早期大量产生，或成暗物质追踪线索”
利用哈勃太空望远镜观测结果，相关论文将于5日发表于国际期刊《Nature》

哈勃太空望远镜观测到的星系团内光照片。左侧显示的是在85亿年前的早期宇宙中发现的 MOO1014 星系团，右侧显示的是在82亿年前的早期宇宙中发现的 SPT2106 星系团。图中呈橙色的数百个天体是构成星系团的各个星系，呈蓝色的是星系团内光。这些星系团内光的亮度约占星系团总亮度的17%。迄今为止，主流理论一直认为，在如此遥远的早期宇宙中，星系团内光尚未形成，但本次观测研究表明，现有的星系团内光形成理论必须作出重大修正。此外，如此早期的星系团中星系团内光十分丰富这一事实，也表明它们可以作为不可见暗物质的“可见追踪者”加以利用。/图片由延世大学提供

[亚洲经济记者 Kim Bongsu] 延世大学天文宇宙学系 Jimyunguk 研究团队5日表示，他们利用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜，在早期星系团中探测到由漂泊恒星产生的星系团内光，并据此证明，在宇宙早期阶段曾大量形成漂泊恒星。这意味着漂泊恒星有望充当暗物质的“可见示踪物”，人们有望借助星系团内光，在理解未知暗物质方面迈出重要一步。

构成宇宙的物质总质量中，有85%是迄今本质仍不明的暗物质（Dark matter）。暗物质是通过其产生的引力效应首次被发现的，但除引力外，它几乎不与普通物质发生相互作用，也无法被直接观测，因此其真实面貌至今仍是21世纪物理学面临的最大难题之一。

星系团内光（Intracluster Light，ICL）是由聚集了数百个星系的星系团中，在星系与星系之间漂浮的恒星所发出的光。这些漂泊恒星并不受限于各个单独星系，却依然被整个星系团的引力束缚，因此在探测星系团内暗物质时，可以发挥“可见示踪物（visible tracer）”的作用，近来受到学界高度关注。然而，这些漂泊恒星最初是如何逃离各自星系，并像如今这样在星系团内部自由漂游，其起源此前一直不得而知。

望远镜如同观察过去的“时光机”，要了解漂泊恒星的起源，也就是了解过去，就必须观测距离极为遥远、处于宇宙早期阶段的星系团。如果在宇宙早期的年轻星系团中几乎不存在星系团内光，则说明漂泊恒星是在相对较近的时期才形成的，这意味着原本隶属于星系的恒星，在潮汐力作用下，逐渐战胜星系引力而被剥离出来。相反，如果在年轻星系团中发现的漂泊恒星十分丰富，与当今宇宙并无太大差异，则表明漂泊恒星在宇宙初期就已被大量产生。在后一种情形下，由于漂泊恒星长期参与了星系团的动力学演化，它们作为暗物质的可见示踪物，其价值将更为凸显。然而，迄今为止国际天文学主流理论一直支持前一种可能性。

来自遥远宇宙早期星系团中漂泊恒星发出的光，比夜空本底亮度暗约1万倍以上，因此此前在获取可靠观测数据方面困难重重。延世大学研究团队利用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜，在宇宙年龄仅为当前约三分之一时的10个早期星系团中，成功探测到了由漂泊恒星产生的星系团内光。令人惊讶的是，他们测得的星系团内光亮度约占整个星系团总发光量的17%，与在当今附近宇宙中得到的测量结果非常相似。

这一结果对应前述两种可能性中的后一种，正面驳斥了既有主流理论，同时也表明利用星系团内光开展暗物质研究具有极高潜力。于去年12月发射、目前正在运行的詹姆斯·韦布太空望远镜，其集光能力约为哈勃的10倍，预计今后将在星系团内光相关研究方面带来更加令人瞩目的进展。