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谜团解开：宇宙如何在没有暗物质的情况下制造星系( 三 )

恒星 暗物质


也可以通过不同的机制分离普通物质和暗物质：让一个富含暗物质的小型星系与一个更大、更大质量的星系发生引力相遇 。 在这种情况下 ， 较大的星系会将较小的星系撕裂 ， 但也会从外向内撕裂 。 因为暗物质分布在一个弥散的、蓬松的、云状的结构中 ， 而正常物质集中在星系的中心 ， 暗物质首先被剥离 ， 只留下正常物质 。
这两种情况之间的主要区别在于这些对象将存活多长时间 。 在第一个例子中 ， 这些只有恒星的结构可以持续存在 ， 直到它们与另一个星系发生足够强的相互作用 ， 这意味着它们一旦被创造出来 ， 可能会存在数亿甚至数十亿年 。 然而 ， 在第二个例子中 ， 这些较小的星系正在被撕裂 ， 而我们所看到的“没有暗物质的星系”可能是暂时的 。 只是因为我们碰巧及时看到了一个关键的快照 ， 我们才能捕捉到这些星系 ， 因为它们正在从暗物质主导转变为完全分裂 。

星系 NGC 1052-DF4 是 NGC 1052 的两个卫星星系之一 ， 被确定为内部没有暗物质 ， 显示出一些被潮汐破坏的证据；一旦周围的光源被准确地建模和移除 ， 在右边的面板中更容易看到效果 。 如果没有暗物质将它们维系在一起 ， 像这样的星系不太可能在丰富的环境中存活很长时间 。
观察
在观测方面 ， 我们发现了一些这样的星系 。 前两个 ， NGC 1052-DF2 和 NGC 1052-DF4 ， 是相对较近的大型星系 NGC 1052 的两个超扩散卫星星系 ， 首先被发现：使用蜻蜓长焦阵列 。 最近 ， 在附近发现了六个似乎也缺乏暗物质的新星系 ， 以及在更大的邻居附近发现的小型卫星星系 。
当然 ， 最大的问题是为什么？
鉴于我们现在只能观察这些星系——宇宙时间的单一快照——观察本身只能告诉我们这么多 。 要知道为什么我们的星系似乎缺乏暗物质 ， 需要应用不同的技术：尝试模拟宇宙 ， 从大宇宙尺度到捕捉正常和暗物质在这些不同“交互”场景 ， 并查看其中哪些（如果有）与我们的观察结果相匹配 。 在2022 年 2 月 14 日前发表在《自然天文学》上的一篇详尽的论文中 ， 由 Jorge Moreno 领导的一组研究人员正是做到了这一点 。

宇宙学模拟首次产生了缺乏暗物质的星系 ， 这些星系与我们观察到的在各种特性上都缺乏暗物质的星系相匹配 。 未来 ， 更好地观察和更大的数据集将能够稳健地测试这些预测 ， 并确定模拟的有效性 。
关键结果
它采用了最先进的宇宙学模拟技术 ， 包括暗物质、气体、恒星形成、辐射反馈、超新星的能量注入以及令人难以置信的高质量分辨率来找到解决方案 。 研究人员需要特别小心——可以说 ， 比任何进行宇宙学模拟的研究团队都更加细致——在小尺度上识别甚至是轻微的超密度 ， 以确定星系在他们的模拟中形成的位置 。
他们发现 ， 值得注意的是 ， 有一系列条件不仅会产生缺乏暗物质的星系 ， 而且这些星系的特性与我们在真实宇宙中实际观察到的无暗物质星系一致 。 他们也有类似的：
恒星质量 ， 物理尺寸 ， 物理形状（天文学家称之为形态） ， 以及恒星内部运动的速度（天文学家称之为速度色散） 。
关键因素是两个不同的星系之间的近距离接触 ， 其中至少一个又大又大：至少与银河系的质量相当 。
在中心至少有一个大质量星系的星系群和星团中 ， 他们发现这些星系团中的很大一部分 ， 大约三分之一 ， 拥有至少一个卫星星系 ， 其质量与我们的麦哲伦星云中的一个相当 ， 它要么没有暗物质 ， 要么在它所拥有的暗物质数量上严重不足 。

与其他宇宙学模拟不同 。 其结果显示在橙色五边形和蓝色六边形中 ， 这是莫雷诺等人的当前模拟 。 实际上再现了第一次观测到的暗物质缺乏星系 NGC 1052-DF2 和 NGC 1052-DF4 一致的暗物质缺乏星系 。
当然 ， 接下来的步骤将由新兴的下一代望远镜套件带给我们 ， 这些望远镜经过优化 ， 可以发现和测量相对较近的宇宙中大型星系周围的卫星星系的特性 。 尽管大多数以暗物质为主的星系的暗物质与正常物质的比率为 5 比 1 或更高 ， 但这项新研究不仅揭示了一种产生以正常物质而不是暗物质为主的低质量星系的机制 ， 但已经对它们的预期丰度、特性和与宿主星系的距离进行了预测 。 只有时间和未来的观察才能证实这些预测是否完全正确 。
然而 ， 有一点很清楚：如果你想拥有一个拥有相同规模且有两种星系的宇宙：
以暗物质为主 ，
和缺乏暗物质甚至没有暗物质 ，

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