在恒星间隙中寻找暗物质

现在，在一项新的研究中，包括西北大学天体物理学家在内的国际研究小组发现，美国宇航局南希·格雷斯·罗马太空望远镜(将于2027年5月发射)即将拍摄的图像可能为理解这种难以捉摸的物质提供了重要线索。

在寻找暗物质的过程中，一些天体物理学家此前将注意力集中在恒星流的间隙上，这些区域的结构非常薄，可以发现暗物质团块产生的干扰。但是，到目前为止，天文学家只研究了银河系中的这些间隙。

随着罗马太空望远镜拍摄我们邻近的仙女座星系的图像，研究人员将极大地扩大他们不断增长的稀薄恒星流样本，从而有可能获得更多有关暗物质具体特性的信息。

该研究已被《天体物理学杂志》接受发表。目前可以在线获取预印本。它标志着对在我们银河系之外的恒星流中寻找间隙的前景的首次探索。

该研究的合著者、西北大学的蒂斯克·斯塔肯堡(TjitskeStarkenburg)表示：“我们的星系中存在着恒星流，我们在那里看到了可能是由暗物质造成的间隙。”“但这些差距也可以通过其他方式形成。我们的新研究表明，我们将能够观察到除了我们自己的星系之外的附近星系中的这些间隙。这将为我们提供有关这些间隙的更好统计数据，最终将帮助我们更好地了解暗物质团块的可能存在和特性。”

斯塔肯伯格是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的研究助理教授。斯坦福大学博士后克里斯蒂安·阿甘泽(ChristianAganze)是该研究的主要作者。

假设暗物质是一种粒子，但目前还无法直接观察到它，因为它不发射、反射、折射或吸收光。由于没有人能看到它，研究人员必须寻找其他线索来确定它是否真的存在。

“我们看到暗物质对星系的影响，”阿甘泽说。“例如，当我们模拟星系如何旋转时，我们需要额外的质量来解释它们的旋转。暗物质可能会提供缺失的质量。”

天文学家特别希望线索可能隐藏在球状星团中悬挂的细长恒星流中，球状星团紧密束缚着数十到数百万颗恒星。研究人员表示，暗物质团可以冲破恒星流，形成间隙。通过检查这些间隙，天文学家的目标是发现暗物质的迹象。

斯塔肯伯格说：“这些流最有趣的是观察这些暗物质团块的影响，其原因是双重的。”“首先，这些流‘生活’在星系的最外层区域，否则那里几乎没有任何结构。其次，这些流本质上非常薄，因为它们是由密集的星团形成的，这意味着你可以更容易地看到间隙或任何干扰。”

迄今为止，现有的天基和地面望远镜将搜索范围限制在银河系内的少量球状星团流。但罗马太空望远镜将位于距地球100万英里的地方，天文学家将首次能够在附近的星系中搜索球状星团流。Roman的广域仪器有18个探测器，所产生的图像尺寸是哈勃太空望远镜近红外相机所产生图像的200倍，而且分辨率略高。

在这项新研究中，斯塔肯堡、阿甘泽和他们的合作者模拟了恒星流，让它们与暗物质团块相互作用以产生间隙，然后生成对这些间隙的模拟观测。最终，研究小组得出的结论是，这些间隙应该可以在罗马太空望远镜即将发布的图像中检测到。他们还估计，新望远镜将在短短一小时的观测时间内有效地提供这些数据。

届时，研究人员还计划检查仙女座星系周围的暗物质光环。虽然暗物质晕环绕着包括银河系在内的所有星系，但研究人员怀疑他们可能会发现较小的子晕的证据，正如当前模型所预测的那样。

“我们预计较小的暗物质子晕会与球状星团流相互作用，”斯塔肯堡说。“如果这些子晕存在于其他星系中，我们预测我们将在球状星团流中看到可能由这些子晕引起的间隙。这将为我们提供有关暗物质的新信息，包括存在哪些类型的暗物质晕及其质量。”

在美国宇航局南希·格雷斯·罗马太空望远镜研究和支持参与机会计划的资助下，斯塔肯堡已经通过相关项目为暗物质的研究奠定了基础。

“该团队计划通过开发更详细的理论框架来模拟球状星团如何形成恒星流，”她说。“我们将继续预测形成流的球状星团的起源以及这些流是否可以用罗马观测到。”