哈勃在邻近宇宙中首次发现几乎不含暗物质的星系

　　原文标题：Hubble finds first galaxy in the local Universe without dark matter
　　原文作者：Pieter van Dokkum，Allison Merritt；Mathias Jäger，Donna Weaver，Ray Villard
　　来自：哈勃欧洲信息中心； 发表时间：2018.3.28
　　翻译：gohomeman1  审校：数星星的猫（编译版权所有，未经许可请勿转载）
　　2018.3.28：借助美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的哈勃太空望远镜和多个地面望远镜，一个国际天文学家团队，首次在我们的邻近宇宙中，发现了一个几乎丢失了绝大部分暗物质的星系——假如不是全部的话。本发现严重挑战了当前被广泛接受的星系形成理论，并提供了观测暗物质属性的新视角。团队研究报告已发表于2018.3.29出版的《自然》期刊。

　　哈勃拍摄的NGC 1052-DF2。大图：12.9MB，版权：NASA、ESA，研究者团队，下同。
　　本图由哈勃高级巡天相机（ACS）的光学紫外通道（WFC）拍摄，摄于2017.11.16。伪彩配色如下：606nm（纳米）的红光，配色蓝；814nm的近红外光，红。视场大小：2.5×2.5角分，图像中心坐标：赤经02时41分46.728秒，赤纬-08°24′09.871″。NGC 1052-DF2的大小超过了银河系，但是图像中既没有旋涡星系的特征，也没有椭圆星系的特征。该星系是位于鲸鱼座的NGC 1052星系群的成员。
　　借助美国宇航局和欧洲空间局合作的哈勃太空望远镜（HST）以及多个地基望远镜，天文学家发现一个奇特的天体——几乎不含暗物质的星系（注1）。哈勃精确测定了这个编号NGC 1052-DF2的星系的亮度和（角）大小，并确定它距离我们约6500万光年。根据这些数据，团队推算出该星系比银河系还大些，但是包含的恒星数量还不到银河系的1/250。这使得它归属于极度弥散星系。
　　研究报告首席作者、耶鲁大学（Yale）联邦理工学院的皮埃特·范·多库姆（Pieter van Dokkum），回忆他第一次看到NGC 1052-DF2的哈勃图像时感慨：“我盯着这个星系的图像足足有一小时！它极为令人吃惊：星系盘是如此的稀疏，以致于我们能清楚的看到后面的背景星系。它就是传说中的透明星系。”
　　通过对星系中10个球状星团动力学特征的进一步测量（用光谱分析速度，译注），团队（通过引力计算）独立测算了这个星系的质量。把这个质量与根据星系光度推算的恒星质量相比，结论更加令人震惊——NGC 1052-DF2所包含的暗物质质量，不到天文学家通常预期的1/400，甚至很可能该星系毫无暗物质（注2）。这个发现与当前主流的关于暗物质分布规律并导致星系形成的理论明显相悖。

　　研究报告贴图，团队分析的10个球状星团在星系中的位置，两边是凯克望远镜获得的星团光谱。
　　研报合作者、同属耶鲁大学的艾莉逊·梅里特（Allison Merritt）继续解释：“我们长期以来相信，暗物质是星系组成不可分割的一部分——事实上暗物质是把星系维持在一起的胶黏剂、也是星系得以形成的基石。”她同时还是德国马克斯—普朗克天体物理研究院的成员。Dokkum接着补充：“而且这种看不见的神秘物质，在所有星系中都占据着主导地位。而现在发现了一个几乎没有暗物质的星系完全出乎预料；它挑战了星系如何运行的标准构想。”
　　Merritt强调：“还没有一个理论预言存在这种星系——要如何形成一个这样的星系，我们毫无头绪。”
　　虽然没有暗物质的星系违反直觉，但是NGC 1052-DF2的发现证明暗物质能以某种方式与星系分离。对此的一种思路是牛顿力学修正假说（注3），它企图通过修改引力公式，给出一个不需要暗物质存在的宇宙。
　　当然，研究团队也给出几个猜想来解释为何NGC 1052-DF2中缺乏暗物质，比如一个过量的大质量恒星集中诞生的超级事件，把气体和暗物质都吹散了？抑或邻近大质量椭圆星系NGC 1052在几十亿年的成长过程中抢走了暗物质？

　　NGC1052-DF2所在的星空广域图像，资料来自于SDSS。本图的中央就是巨椭圆星系 NGC1052（下方是旋涡星系NGC 1042），而本案中的星系因为太暗，根本看不见，它就在NGC 1052的南方。超大图：560MB。
　　但是这些猜测还不能解释这个星系是如何形成的。为找到答案，团队已开始分析更多的暗物质缺乏星系——他们搜索哈勃图像，从23个极度弥散星系中找到了3个与NGC 1052-DF2很相似的。
　　团队研究报告已发表于2018.3.29出版的《自然》（Nature）期刊，标题：“发现一个缺乏暗物质的星系”。
　　附注
　　1、NGC 1052-DF2由蜻蜓远程摄像阵列（DFA）发现，也被斯隆数字巡天项目（SDSS）记录在案。本文研究中，除了哈勃太空望远镜外，位于夏威夷的双子北座望远镜和凯克望远镜也被用于详细研究（光谱）。
　　2、从1884年开始，天文学家依据光谱分析的恒星运动速度，发现星系中星云、恒星等普通物质的质量远远不足以把星系约束在一起。根据开普勒第二定律，恒星绕星系中心运动的速度，应该随着距离增大而减少（比如太阳系就是这样的）。但是星系外缘恒星的速度，比中间地带的还快不少，只有星系很靠内区域符合第2定律，说明还有大量质量存在于可见星系以外。理论物理学界用“暗物质”指代这些看不见的质量。
　　3、修正牛顿力学假说（MOND）认为，这种现象可以通过对牛顿力学的改进来解释，而不需要暗物质的存在。但结果就是暗物质应该总是能够被探测到，就像那些普通物质一样（这个假说显然非主流，译注）。