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：GabrielPérezDíaz,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（IgnacioMartínNavarro）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（JesúsFalcónBarroso）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425314.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425314.htm

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（JamesWebbSpaceTelescope）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'sQuintet）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423388.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423388.htm

科学家开发新水凝胶玻璃：阻挡太阳热量的同时允许可见光通过

科学家开发新水凝胶玻璃：阻挡太阳热量的同时允许可见光通过今年夏天，世界上很多地方都是闷热的，很多人都在考虑用更好的方法来冷却建筑物。中国的研究人员现在用水凝胶玻璃来装饰窗户，这种材料可以有选择地阻挡来自太阳的热量而不阻挡其光线。普通的玻璃被设计成允许可见光通过并照亮房间，但它与红外光的相互作用--作为热的感觉--就不那么理想了。玻璃让阳光中的近红外辐射通过，同时阻止中红外光从房间中逸出，从而使建筑物升温。在夏天，这种闷热会促使人们更频繁地打开空调，从而导致更多的能源消耗。为了尝试解决这个问题，武汉大学的科学家们现在已经试验了新的窗户材料，这些材料与光的互动方式不同。研究人员在玻璃上设计了一个只有几毫米厚的水凝胶涂层，以反射更多来自外部的近红外光，并允许更多的中红外光从内部流出，同时对可见光保持同样的透明。这个想法是可见光的光子可以穿透超过1米进入水中，而光谱中近红外部分的光子只能使其达到几毫米。由于水凝胶主要是水，这使其成为一种有用的选择性屏障。在测试中，研究小组发现水凝胶玻璃直接向太空发射多达96%的红外光，因为这些波长没有被大气阻挡。这将有助于保持建筑物内部的温度，其方式与其他辐射冷却系统相似。与此同时，普通玻璃对太阳辐射能的透射比约为84%。重要的是，水凝胶玻璃看起来并不比普通玻璃暗淡--事实上，它实际上能让更多的光线通过。根据水凝胶层的厚度，它允许高达92.8%的可见光进入房间，而普通玻璃为92.3%。研究小组在尺寸为20x20x20厘米的模型房屋上测试了水凝胶玻璃的性能，这些房屋有厚厚的隔热墙和一个大窗户。传感器显示，水凝胶玻璃窗将室内温度降低了3.5℃。研究小组表示，这种材料可以帮助减少制冷的能源消耗，这将有利于环境和减少成本。水凝胶也很常见，而且价格低廉，所以推广起来应该相对简单，这可能使它们比其他更复杂的智能窗更有优势。这项研究发表在《光电子学前沿》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1310863.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1310863.htm

哈勃"每周图片"记录螺旋星系IC 4633：黑暗星云中的"变色龙"

哈勃"每周图片"记录螺旋星系IC4633：黑暗星云中的"变色龙"这幅哈勃太空望远镜拍摄的图像展示了位于一亿光年外的金牛座的螺旋星系IC4633。图片来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，J.Dalcanton，暗能量调查/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA，鸣谢：L.Shatz然而，我们无法完全欣赏到这个星系的特征--至少在可见光下是这样--因为它被一片黑暗的尘埃部分遮挡住了。这个暗星云是变色龙恒星形成区的一部分，它本身距离我们只有大约500光年，位于银河系的附近。变色龙区域的黑云占据了南部天空的很大一片区域，不仅覆盖了与变色龙同名的星座，还侵占了附近的星座，比如天燕座。变色龙云因其年轻恒星的宝库而备受研究，尤其是查一号云，哈勃望远镜和美国宇航局/欧空局/欧空局詹姆斯-韦伯太空望远镜都对其进行了成像。与IC4633重叠的云团位于众所周知的ChaI,II,III的东面，被称为MW9或"南天蛇"。它是一条巨大而狭窄的微弱气体轨迹，蜿蜒在南天极上空，看起来比它的邻居们要低调得多。它被归类为综合通量星云（IFN）--银河系中的一团气体和尘埃云，不靠近任何一颗恒星，只是被银河系所有恒星的总光微弱地照亮。哈勃可以清楚地看到南天蛇，尽管这张照片只捕捉到了它的一小部分。对于IC4633这样一个耀眼的天体来说，南天之蛇的盘绕显然不是一个糟糕的藏身之处。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426591.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426591.htm

天文学家发现有关星系阻止恒星形成的重要新信息

天文学家发现有关星系阻止恒星形成的重要新信息艺术家绘制的宇宙射线驱动的风（蓝色和绿色）叠加在三棱柱星系M33（红色和白色）的可见光图像上，该图像由欧洲南方天文台智利帕拉纳尔天文台的VLT巡天望远镜观测。资料来源：基础科学研究所-IPM和欧洲南方天文台（ESO）。随着星系的长期演化，这些风是导致恒星形成率放缓的原因。然而，这种风的主要来源被认为是由黑洞和超新星爆炸产生的冲击波驱动的物质喷流。宇宙射线被认为是这种效应较小的贡献者，特别是在有大量恒星形成的星系下，如M33星系。伊朗基础科学研究所的FatemahTabatabaei说："我们已经在我们的银河系和仙女座星系中看到了由宇宙射线驱动的星系风，这些星系的恒星形成率要弱得多，但以前在像M33这样的星系中没有见过。"M33是一个螺旋状星系，距离地球近300万光年，是本地星系群的成员，这一集团中也包括银河系。Tabatabaei和一个国际科学家团队对M33进行了详细的、多波长的VLA观测。此外，他们还利用了从早期的VLA、德国Effelsberg射电望远镜、毫米波、可见光和红外望远镜的观测中收集的信息。比我们的太阳大得多的恒星在它们的生命周期中加速运行，最终以超新星的形式爆炸。当爆炸的冲击波将粒子加速到几乎是光速的时候，就会产生宇宙射线。如果有足够的这些宇宙射线，就会产生压力，驱动风，将恒星形成所需的气体运走。美国国家射电天文台的威廉-科顿说："VLA的观测表明，M33中的宇宙射线正在逃离它们诞生的区域，使它们能够驱动更广泛的风。"根据他们的观察，天文学家得出结论，在M33多产恒星形成的巨大复合体中，大量的超新星爆炸和超新星残骸使得这种宇宙射线驱动的风更有可能出现。Tabatabaei说："这意味着宇宙射线可能是银河系风的一个更普遍的原因，特别是在宇宙历史的早期，当恒星形成以更高的速度发生时。"她补充说："这种机制因此成为理解星系随时间演变的一个更重要的因素。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333783.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333783.htm

科学家破解天文学难题 一箭双雕揭秘第一代星系和暗物质

科学家破解天文学难题一箭双雕揭秘第一代星系和暗物质探测21厘米森林一直面临极大挑战宇宙中存在大量的中性氢气体。这些气体中的氢原子在基态能级超精细结构之间的跃迁，会产生电磁波波长为21厘米的线辐射，也就是中性氢21厘米线。中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段。同时，利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员陈学雷说。同时，宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。“这些吸收线丛，被天文学家形象地称为21厘米森林。”陈学雷说，多年来，探测21厘米森林一直面临极大挑战。“主要原因有两方面：一是21厘米森林信号微弱，并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取；二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响，因此在观测上我们很难区分这两种效应。这就使得21厘米森林探测难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台副研究员徐怡冬解释。近年来，已经有一批高红移射电噪的类星体被发现，而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段，开展21厘米森林探测已迫在眉睫。在这项研究中，我国天文学家提出了一种原创性的统计测量方案，使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质，还可以同时测量暗物质粒子的质量。新方法有望拓展人类对宇宙的认知“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化，在光谱上的尺度分布特征存在明显不同。通过一维功率谱分析，我们未来可以从统计上区分这二者。”徐怡冬介绍。“21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针，它为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。针对此研究，加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳·麦克评论道：“这项研究提出了一种有趣的方法，能够利用21厘米森林功率谱同时限制宇宙X射线对星系际介质的加热，以及温暗物质的可能效应这两种现象。虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性，但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来，则为未来的观测提供了一个新的科学目标。”《自然·天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论：“我们宇宙的最远处总是极为神秘，由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。这项研究将吸收转化为一种优势，利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并，并可用于阐明早期宇宙的结构形成。”研究人员表示，这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义，并将进一步推动我们对暗物质的理解，揭示宇宙结构形成及演化的过程。通过更深入的观测和分析，我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解，进一步拓展我们对宇宙的认知。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373151.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373151.htm