鲁宾天文台将揭示暗物质对恒星流的幽灵般的破坏

银河系周围闪闪发光的星线可能解答了我们关于宇宙的最大问题之一：什么是暗物质?通过安装在有史以来最大的天文学和天体物理学相机上的六种不同的滤色镜拍摄的图像，维拉·C·鲁宾天文台即将进行的时空遗产勘测将揭示银河系周围从未见过的恒星流及其明显的影响他们与暗物质的相互作用。

就像在阳光下闪闪发光的河流一样迷人，恒星流在我们的家乡银河系中和周围划出闪闪发光的弧线。恒星流由最初束缚在球状星团或矮星系中的恒星组成，但由于与银河系的引力相互作用而被破坏，并被拉成长长的拖尾线。

这些细长的恒星轨迹经常显示出扰动的迹象，科学家怀疑，在许多情况下，暗物质是罪魁祸首。维拉·鲁宾天文台很快将提供大量数据来阐明恒星流、暗物质及其复杂的相互作用。

暗物质占宇宙的27%，但它无法直接观测到，科学家目前也不知道它到底是什么。为了了解更多信息，他们使用各种间接方法来调查其本质。有些方法，例如弱引力透镜，可以绘制整个宇宙大尺度上的暗物质分布图。观测恒星流使科学家能够探测暗物质的不同方面，因为它们展示了小尺度暗物质引力效应的指纹。

位于智利的维拉·C·鲁宾天文台将从 2025 年底开始，使用配备世界上最大数码相机的 8.4 米望远镜对整个南半球天空进行为期 10 年的巡天。由此产生的数据和图像通过六种不同的滤色镜拍摄的图像将使科学家比以往任何时候都更容易分离银河系内外的恒星流，并检查它们是否有暗物质破坏的迹象。

卡内基梅隆大学博士后、鲁宾天文台/LSST 暗能量科学合作组织暗物质工作组联合召集人诺拉·希普 (Nora Shipp) 表示：“我对利用恒星流来了解暗物质感到非常兴奋。” “有了鲁宾天文台，我们将能够利用恒星流来弄清楚暗物质在我们星系中的分布情况，从最大尺度到非常小的尺度。”

鲁宾天文台将于 2025 年底开始科学运营。鲁宾天文台是 NSF NOIRLab 的一个项目，该项目将与 SLAC 国家加速器实验室一起共同运营鲁宾。

有证据表明，银河系周围有一个由较小的暗物质团块组成的球形暗物质晕。这些团块与其他结构相互作用，破坏它们的引力动力学并改变它们观察到的外观。就恒星流而言，暗物质相互作用的结果表现为恒星轨迹中的扭结或间隙。

鲁宾天文台令人难以置信的详细图像将使科学家能够识别和检查恒星流中非常微妙的不规则性，从而推断出造成这些不规则性的低质量暗物质团块的特性，甚至缩小这些团块由哪些类型的粒子组成。 。

希普说：“通过观察恒星流，我们将能够间接测量银河系暗物质团块的质量，使其质量比以往任何时候都低，这为我们对暗物质的粒子特性提供了很好的限制。”

银河系外部区域的恒星流是观察暗物质影响的特别好的候选者，因为它们不太可能受到与银河系其他部分相互作用的影响，这可能会混淆图像。鲁宾天文台将能够在比我们现在能看到的距离远五倍的地方探测到恒星流，从而使科学家能够发现和观察银河系外围地区全新的恒星流群。

恒星流很难与银河系的许多其他恒星区分开来。为了分离恒星流，科学家们寻找具有特定特性的恒星，这些特性表明它们可能属于球状星团或矮星系。然后，他们分析这些恒星的运动或其他特性，以识别那些连接成流的恒星。

“恒星流就像一串珍珠，其恒星沿着系统轨道运行，并拥有共同的历史，”博士贾克林·詹森说。维多利亚大学的候选人，计划使用 Rubin/LSST 数据来研究恒星流的起源及其在银河系形成中的作用。

“利用这些恒星的特性，我们可以确定有关它们起源的信息以及该流可能经历过什么样的相互作用。如果我们发现一条珍珠项链，附近有一些分散的珍珠，我们可以推断出可能有什么东西出现并打破了它细绳。”

鲁宾天文台的 3200 兆像素 LSST 相机配备了六种滤色镜，其中特别适合希普和詹森等恒星流科学家使用的紫外线滤光镜。鲁宾的紫​​外线滤光片将提供光谱中蓝色紫外线端的关键信息，使科学家能够区分细微的差异，并将流中的恒星与银河系中相似的恒星区分开来。

总体而言，鲁宾将为科学家提供通过所有六个滤镜拍摄的数千张深层图像，使他们能够比以往更清晰地了解恒星流。

鲁宾将提供的大量数据也将激发分离恒星流的新工具和方法。正如 Shipp 指出的那样，“目前，通过肉眼挑选潜在流是一个劳动密集型过程，鲁宾的大量数据提供了一个令人兴奋的机会，可以思考新的、更自动化的方法来识别流。”