一个奇怪的现象，为何远古星系不怎么受暗物质影响？

我们以为可以了解你，而你却总是给我们惊喜。

左侧是和我们距离较近的现代星系，右侧是离我们非常遥远的远古星系。远古星系外围区域自转速度为何远低于现代星系？（ESO）

最近，以德国普朗克地外物理研究所Reinhard Genzel为首的一个国际天文科研团队，利用欧洲南方天文台的设备，对六个位于遥远宇宙中的大型产星星系自转进行了测量，结果发现了一个令人吃惊的现象。

大约100亿年前，宇宙迎来了一波产星高峰，大批恒星在此时被制造出来。我们现在看到的这六个星系，都处在这个时期。而天文学家的发现是，这些远古星系外围区域的自转速度，与其中心部分的自转速度相比非常慢，比现代星系要慢得多。

左侧是和我们距离较近的现代星系，右侧是离我们非常遥远的远古星系。通过对比它们的自转曲线可以看出，现代星系外围区域的自转速度基本上一直呈上升趋势，而远古星系外围区域的自转速度发生了明显的下跌。（ESO）

星系外围区域自转速度过快，是存在于所有星系身上的一个谜。通过电磁辐射测定的星系普通物质——也就是可见物质的总量表明，它们不足以让星系外围保持如此快速的自转，否则星系就会解体。但事实却和人们的预料相反。因此天文学家认为，必然有一种既不发射，也不吸收和反射电磁辐射——也就是广义光的物质存在。我们看不见它们，它们也只拥有质量，只提供引力，维持着星系的高速自转。我们称这种假想中的物质为“暗物质”。

如果暗物质确实存在，那么远古星系这种相对较慢的自转表明了两种可能：一是这些早期的巨型星系主要成份是普通物质，它们所含的暗物质总量要远远少于现代星系，因而暗物质对它们的影响不大；二是这些远古星系星盘的无序程度，要比现代旋涡星系高。

星系自转对比动画。左侧是和我们距离较近的现代星系，右侧是离我们非常遥远的远古星系。粉红色代表暗物质。（ESO）

这两种现象在遥远的过去都是存在的，而且年代越久远越显著。宇宙大爆炸后大约30至40亿年时，星系中的气体已经能够有效地凝聚成一个扁平的自转圆盘，但此时星系四周的暗物质只是松散地包裹着它。只有在经历了几十亿年的“浓缩”过程后，暗物质团块才会变得足够紧致，才能对星系的自转产生主导性影响——正如今天我们在现代星系身上看到的那样。

所以远古星系自转偏慢虽然令人吃惊，却也不是一个不合理的现象。观测和模拟结果表明，早期星系比现代星系拥有更多的气体，它们也比现代星系更紧凑。在那些高红移星系（指那些离我们极为遥远的星系，它们的退行速度非常快，因而会产生非常高的红移）中，如果普通物质占到星系物质总量的一半以上，那么它们就会对星系的动力学特征产生主导性影响。