最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论

最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论 在过去的一年半里，詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）拍摄到了宇宙大爆炸后不久形成的遥远星系的惊人图像，让科学家们第一次看到了宇宙的雏形。现在，一组天体物理学家提高了要求：找到时间起点附近最微小、最明亮的星系，否则科学家们将不得不彻底重新思考他们关于暗物质的理论。由加州大学洛杉矶分校天体物理学家领导的研究小组进行了模拟，追踪了宇宙大爆炸后小星系的形成过程，并首次将以前被忽视的气体与暗物质之间的相互作用纳入其中。他们发现，在不考虑这些相互作用的典型模拟中，所形成的星系非常微小、明亮得多，而且形成速度更快，反而显示出更暗的星系。矮星系在宇宙研究中的重要性小星系，也叫矮星系，遍布整个宇宙，通常被认为是最早的星系类型。因此，研究宇宙起源的科学家对小星系特别感兴趣。但是，他们发现的小星系并不总是和他们认为应该发现的星系一致。那些最靠近银河系的星系旋转得更快，或者密度没有模拟的那么高，这表明模型可能遗漏了一些东西，比如这些气体-暗物质的相互作用。发表在 《天体物理学杂志通讯》上的这项新研究通过加入暗物质与气体的相互作用改进了模拟，并发现这些暗星系在宇宙历史的早期可能比预期的要亮得多，当时它们刚刚开始形成。作者建议科学家利用韦伯望远镜等天文望远镜寻找比预期亮得多的小星系。如果他们只找到微弱的星系，那么他们关于暗物质的一些想法可能就是错误的。斯蒂芬五重奏（Stephan's Quintet）是由五个星系组成的视觉组合，由詹姆斯-韦伯太空望远镜提供的近千个独立图像文件合成。加州大学洛杉矶分校的天体物理学家认为，如果冷暗物质理论是正确的，韦伯望远镜应该能发现宇宙早期微小而明亮的星系。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI难以捉摸的暗物质本质暗物质是一种不与电磁或光相互作用的假想物质。因此，它无法用光学、电学或磁学进行观测。但暗物质确实与引力相互作用，人们从暗物质对普通物质构成所有可观测宇宙的物质的引力效应中推断出暗物质的存在。尽管宇宙中 84% 的物质被认为是由暗物质构成的，但它从未被直接探测到过。所有星系都被一圈巨大的暗物质光环所包围，科学家们认为暗物质对星系的形成至关重要。天体物理学家用来理解星系形成的"标准宇宙学模型"描述了宇宙早期的暗物质团块如何通过引力吸引普通物质，导致恒星的形成，并创造出我们今天看到的星系。由于大多数暗物质粒子（被称为冷暗物质）的运动速度被认为比光速慢得多，因此这一积累过程是逐渐发生的。了解星系形成的理论进展但是在130多亿年前，也就是第一批星系形成之前，由来自宇宙大爆炸的氢气和氦气组成的普通物质和暗物质在相对运动。气体以超音速流过移动速度较慢的暗物质的密集区，这些暗物质本应该把气体拉进来形成星系。"事实上，在不考虑流的模型中，这正是发生的情况，"加州大学洛杉矶分校博士生、论文第一作者克莱尔-威廉姆斯说。"气体被暗物质的引力吸引，形成密度大到可以发生氢聚变的团块和结块，从而形成像我们太阳这样的恒星。"但威廉姆斯和"超音速项目"团队的合著者（由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授斯马达尔-纳奥兹领导的一组来自美国、意大利和日本的天体物理学家组成）发现，如果他们在模拟中加入暗物质和普通物质之间不同速度的流效应，气体就会落在远离暗物质的地方，无法立即形成恒星。数百万年后，当积累的气体落回星系时，恒星的形成就会同时爆发。由于这些星系在一段时间内比普通的小星系拥有更多年轻、炽热、发光的恒星，因此它们要亮得多。威廉姆斯说："虽然流星抑制了最小星系中恒星的形成，但它也促进了矮星系中恒星的形成，使它们比宇宙中没有流星的区域更加明亮。我们预测，韦伯望远镜将能够发现宇宙中因这种速度而变得更加明亮的星系区域。事实上，它们应该如此明亮，这可能会让望远镜更容易发现这些小星系，而这些星系通常在宇宙大爆炸后 3.75 亿年才极难被发现。"由于暗物质是无法直接研究的，因此在早期宇宙中寻找明亮的星系斑块可以为暗物质理论提供有效的检验，而这种检验迄今为止还没有结果。"在早期宇宙中发现成片的小而明亮的星系将证实我们的冷暗物质模型是正确的，因为只有两种物质之间的速度才能产生我们正在寻找的星系类型，"霍华德和阿斯特里德-普雷斯顿天体物理学教授诺兹说。"如果暗物质的行为不像标准的冷暗物质，不存在流效应，那么这些明亮的矮星系就不会被发现，我们就需要回到绘图板上去。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃望远镜捕捉到4900万光年外的物质和能量漩涡

哈勃望远镜捕捉到4900万光年外的物质和能量漩涡 哈勃太空望远镜拍摄的 NGC 4951 是室女座的一个螺旋星系，距离地球 4900 万光年。图片来源：ESA/哈勃和 NASA，D. Thilker，M. Zamani（ESA/哈勃）这张照片是在对附近星系的物质和能量运动进行研究时拍摄的，它反映了恒星形成的持续周期。在这个循环中，星系气体凝聚成分子云，然后坍缩形成新恒星。这些新恒星会发出强大的辐射或恒星风，在一个叫做反馈的过程中驱散分子云。剩下的气体则在其他地方形成新的云。这种物质和能量的运动循环决定了星系形成恒星的速度和消耗气体的速度，也就是星系在整个生命过程中的演化过程。对这种演化的理解取决于星系中的星云、恒星和星团：它们是什么时候形成的，以及它们过去的行为。哈勃在测量恒星群方面一直都很出色，在包括 NGC 4951 在内的星系中追踪气体和恒星形成的任务也不例外。NGC 4951 也被归类为塞弗星系，这种星系有一个非常明亮和充满能量的核，被称为活动星系核。这幅图像很好地展示了这个星系的能量，以及整个星系中物质和能量运输的一些动态星系活动：一个闪亮的核心，周围是漩涡臂、发光的粉红色恒星形成区和厚厚的尘埃。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃太空望远镜拍摄的照片展示室女座星系团中的矮星系IC 776

哈勃太空望远镜拍摄的照片展示室女座星系团中的矮星系IC 776 IC 776 是室女座星系团中的一个矮星系，由于其发射的 X 射线而成为人们深入研究的对象，它提供了关于影响星系演化和宇宙学的过程的洞察力。本周"哈勃每周图片"的主角是矮星系 IC 776。这个由新旧恒星组成的漩涡星系位于室女座实际上是室女座星系团距离地球 1 亿光年。虽然它是一个矮星系，但也被归类为 SAB 型或"弱棒状"螺旋星系，一项研究将其命名为形态学上的"复杂案例"。哈勃望远镜拍摄的这一高度精细的画面很好地展示了这种复杂性。IC 776 有一个粗糙、受干扰的圆盘，但看起来是围绕核心旋转的，还有弧形的恒星形成区。这张照片来自一个专门研究室女座星系团中矮星系的观测项目，目的是寻找这些星系中的 X 射线源。X射线通常是由吸积盘发出的，在吸积盘中，被引力吸入一个紧凑天体的物质碰撞在一起，形成一个发热发光的圆盘。紧凑天体可能是双星对中的白矮星或中子星，从伴星中窃取物质，也可能是星系中心的超大质量黑洞，吞噬着周围的一切。像 IC 776 这样的矮星系在室女座星系团中穿行时，会受到来自星系间气体的压力，这种压力既能刺激恒星的形成，又能为星系的中心黑洞提供能量。这会产生高能吸积盘，其温度足以发出X射线。虽然哈勃无法看到 X 射线，但它可以与NASA 的钱德拉等 X 射线望远镜协调，利用可见光高分辨率地揭示这种辐射的来源。矮星系被认为对我们了解宇宙学和星系演化非常重要。与天文学的许多领域一样，在整个电磁频谱范围内对这些星系进行研究的能力对它们的研究至关重要。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃太空望远镜通过观测Ia型超新星来测量宇宙距离

哈勃太空望远镜通过观测Ia型超新星来测量宇宙距离 哈勃太空望远镜通过观测 Ia 型超新星（如 NGC 3810 中的超新星）来帮助测量宇宙距离，利用它们一致的亮度来测量根据星系间尘埃效应调整后的距离。资料来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，D. Sand, R. J. Foley天体物理学的一项重要任务是测量星系、类星体和星系团等真正遥远天体的距离。在研究早期宇宙时尤其如此，但这是一项艰巨的任务。只有太阳、行星和一些邻近恒星等少数邻近天体，我们才能直接测量它们的距离。除此之外，我们还需要使用各种间接方法；其中最重要的一种方法就是研究 Ia 型超新星，而这正是NASA/ESA 哈勃太空望远镜的作用所在。NGC 3810，也就是这张照片中的星系，是 2022 年一颗 Ia 型超新星的宿主。2023 年初，哈勃聚焦于这个星系和其他一些星系，仔细研究最近的 Ia 型超新星。这种超新星是由白矮星爆炸产生的，它们的亮度都非常一致。这使得它们可以被用来测量距离：我们知道Ia型超新星应该有多亮，所以我们可以根据它的暗淡程度来判断它的距离有多远。这种方法的一个不确定因素是，地球和超新星之间的星际尘埃会阻挡部分光线。你怎么知道光的减少有多少是由距离造成的，有多少是由尘埃造成的？在哈勃的帮助下，我们找到了一个巧妙的解决方法：用紫外光和红外光拍摄同一 Ia 型超新星的图像，紫外光几乎完全被尘埃遮挡，而红外光则几乎不受影响地穿过尘埃。通过仔细观察每个波长有多少光穿过，就可以校准超新星亮度和距离之间的关系，从而考虑到尘埃的影响。这幅图像描绘的是螺旋星系 NGC 3810。2023 年，该星系被列入哈勃计划，以提高利用 Ia 型超新星进行距离测量的精确度。之所以能做到这一点，是因为 NGC 3810 中的一颗白矮星刚刚变成超新星，哈勃在超新星从视野中消失之前捕捉到了这幅图像。超新星以发现年份命名，后跟字母递增标签a、b，以此类推。如今，通过自动巡天，每年都会发现成千上万颗超新星，因此这颗超新星被命名为SN 2022zut，即2022年发现的第18000142颗超新星！图片来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，D. Sand, R. J. Foley哈勃可以用同一台仪器对这两种波长的光进行详细观测。这使它成为了这项实验的完美工具，事实上，用来制作 NGC 3810 这幅美丽图像的部分数据就集中在它的 2022 年超新星上。你可以看到它在银河核下方的一个光点，或者在上面的注释图像中看到它。测量宇宙距离的方法有很多；因为 Ia 型超新星非常明亮，所以当发现它们时，它们是最有用、最精确的工具之一。此外，还必须使用许多其他方法，要么作为对其他距离测量的独立检验，要么测量更近或更远的距离。其中一种方法也适用于星系，那就是将星系的旋转速度与亮度进行比较；根据这种方法，我们发现 NGC 3810 距地球 5000 万光年。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用 星系图像，左侧为恒星部分，右侧（负片）为星系光环中的暗物质。资料来源：Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) / EAGLE 团队传统上对星系演化的观测研究主要集中在普通物质的作用上，尽管普通物质只占星系质量的很小一部分。几十年来，人们一直在理论上预测暗物质对星系演化的影响。然而，尽管做了很多努力，人们对此并没有达成明确的共识。现在，由IAC团队领导的研究首次通过观测证实了暗物质对星系演化的影响。暗物质对星系的影响显而易见，因为我们可以测量它，但暗物质对星系演化的影响是有人提出过的，尽管我们没有观测研究它的技术。为了研究暗物质的影响，研究小组集中研究了星系中恒星的质量与从其旋转中可以推断出的质量（称为总动力质量）之间的差异。研究结果表明，恒星的年龄、金属含量、形态、角动量和形成速度不仅取决于这些恒星的质量，还取决于总质量，这就意味着要把暗物质成分包括在内，而暗物质成分符合对光环质量的估计。"我们看到，在恒星质量相等的星系中，恒星群的表现会因星系光环中暗物质的多寡而不同，换句话说，星系从形成到现在的演化过程会因星系所处的光环而改变。"文章合著者之一、IAC 研究员伊格纳西奥-马丁-纳瓦罗（Ignacio Martín Navarro）补充说："如果星系所处的光环质量较大或较小，那么星系随时间的演化就会不同，这将反映在星系所含恒星的性质上。"今后，研究小组计划对距离银河系中心不同距离的恒星群进行测量，并证明恒星的特性对暗物质晕的依赖是否在所有半径范围内都保持不变。研究的下一步将是研究暗物质晕与宇宙大尺度结构之间的关系。这些暗物质光环并不是单独产生的，它们由细丝连接起来，构成了大尺度结构的一部分，被称为'宇宙网'。光环的质量似乎改变了星系的属性，但这可能是每个光环在宇宙网中所处位置的结果。在未来几年里，希望能够看到这种大尺度结构在我们所研究的范围内产生的影响。这项研究是基于卡拉阿托遗留整体场区（CALIFA）的260个星系进行的，卡拉阿托遗留整体场区是一个国际项目，在文章的另一位合著者赫苏斯-法尔孔-巴罗佐（Jesús Falcón Barroso）的协调下，IAC积极参与了该项目。他说："这项调查提供了光谱信息和前所未有的星系空间覆盖范围。我们对这些星系进行了高分辨率观测，获得了它们运动特性的详细测量数据，这使我们能够非常精确地研究恒星的运动，从而推断出星系的总质量。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈勃望远镜捕捉到一个拥有贪婪黑洞的高能量星系

哈勃望远镜捕捉到一个拥有贪婪黑洞的高能量星系 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 这张美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的照片显示的是距地球大约 5000 万光年的螺旋星系 NGC 4951。图片来源：NASA、ESA 和 D. Thilker（约翰霍普金斯大学）；图片处理：Gladys Kober（NASA/美国天主教大学）：Gladys Kober（美国国家航空航天局/美国天主教大学）NGC 4951 位于室女座，距离地球大约 5000 万光年。它被归类为塞弗特星系，这意味着它是一种能量极高的星系，有一个活跃的星系核（AGN）。不过，塞弗特星系与其他类型的AGN不同，因为我们仍然可以清楚地看到星系本身不同类型的AGN是如此明亮，以至于几乎不可能观测到它们所在的实际星系。像 NGC 4951 这样的 AGN 由超大质量黑洞驱动。当物质旋入黑洞时，会产生整个电磁波谱的辐射，使 AGN 发出耀眼的光芒。哈勃望远镜帮助证明了宇宙中几乎每个星系的核心都存在超大质量黑洞。在这架望远镜于 1990 年发射进入低地球轨道之前，天文学家们只是从理论上推测它们的存在。这次任务通过观测黑洞不可否认的影响，如从黑洞喷射出的物质喷流和围绕黑洞高速旋转的气体和尘埃盘，验证了它们的存在。对 NGC 4951 进行的这些观测为天文学家研究星系的演化过程提供了宝贵的数据，其中特别关注恒星的形成过程。哈勃收集到的这些信息正与詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测数据相结合，以支持JWST Treasury计划。Treasury计划收集的观测数据侧重于利用单一、连贯的数据集解决多个科学问题的潜力，并促成各种引人注目的科学调查。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：