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星系的暗物質突然消失，連科學家也無法解釋，究竟為何？

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2022年10月20日 -
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理論預測疏松的星系必須由暗物質使其保持凝聚在一起。 
對AGC114905星系的觀測表明該星系沒有暗物質。 這一發現與理論相悖。 （圖片來源：哈維爾·羅曼和帕維爾·曼塞拉·皮尼亞）
天文學家們好奇是什麼使似乎不含暗物質的遙遠星系保持凝聚。 
名為AGC114905的星系距離地球約2.5億光年，大約和銀河系一樣大。 然而，這個遙遠的星系包含的恒星比我們銀河系少一千倍。 
根據理論模型，這樣的稀疏星系必須由暗物質使其保持形狀凝聚不分散，據估計，暗物質是一種神秘的不可見物質，約占宇宙中所有物質的85%。 但當天文學家在新墨西哥州使用超大陣列測量AGC114905時，他們發現這個奇怪的星系中完全沒有暗物質。 
荷蘭格羅寧根大學的天文學家Pavel Mancera Piña和荷蘭射電天文學會（ASTRON）領導的研究小組沒有選擇研究AGC 114905。 
早先的觀測表明：這個星系和其他五個星系的暗物質含量可能非常低。 但這一發現與理論大相徑庭，所以曼塞拉·皮尼亞和他的同事決定再次進行測量。 
然而，即使用世界上最強射電望遠鏡進行了40小時的測量，研究人員仍然沒有發現任何暗物質。 
Mancera Piña在一份聲明中說：“這當然是我們的想法和希望，因為它證實了我們之前的測量結果。 但現在的問題仍然是，理論預測AGC114905中一定存在暗物質，但我們的觀測結果表明不存在。 事實上，理論和觀測之間的差異只會越來越大。 ”
AGC 114905不是首個被天文學家發現的沒有暗物質的星系。 2018年，耶魯大學天文學家彼得·範德卡姆（Pieter van Dokkum）領導的團隊發現，距離地球約6000萬光年的NGC 1052-DF2星系似乎不含暗物質。 然而科學家們在新的聲明中說，Mancera Piña在最近的研究中使用的技術和測量方法比這項工作更加可信。 
科學家們認為AGC114905的暗物質可能被一個附近更大質量的星系剝離了，但奇怪的是在它附近看起來似乎沒有一個星系能夠完成這樣的壯舉。 
與此同時，研究人員們正在從他們最初的六個星系中觀測第二個超彌散矮星系。 科學家們在聲明中說，如果他們在該星系中也沒有發現暗物質的蹤跡，這將使缺乏暗物質的星系隊伍更加壯大。 
相關知識
暗物質是一種假設的物質形式，科學家們認為它大約占宇宙物質的85%。 各種天體物理觀測都表明暗物質真實存在，比如存在著無法用公認的引力理論解釋的引力效應。 要解釋的通，除非存在的物質比觀察到的多更多。 考慮到這個原因，大多數專家都認為暗物質在宇宙中的含量非常豐富，並且已經對宇宙的結構和演化產生了巨大的影響。 暗物質之所以被稱為暗物質，是因為它似乎不與電磁場相互作用，這意味著它不吸收，也不反射或發射電磁輻射，因此很難被探測到。 
最初的認為暗物質存在的證據來自計算，如果一些星系不包含大量的不可見物質，他們會分散，或者根本不會形成，又或者不會像看到的那樣運動。 其他的證據來自引力透鏡和宇宙微波背景輻射的觀測，以及對宇宙大尺度結構，星系的形成和演化，星系碰撞中的物質分布，以及星系團中的星系運動的觀測。 在標准LambdaCMD宇宙學中，總的質量和能量包括5%的普通物質，27%的暗物質和68%的某種能量（也稱為暗能量）。 因此，暗物質組成了宇宙中總質量的85%，而暗物質和暗能量共同構成了宇宙中95%的質能。 
因為暗物質迄今為止未被直接探測到，如果它真的存在，除引力之外，它必定極少與普通物質或輻射產生互相作用。 大多數暗物質被認為是非重子物質，它可能由某種未知的亞原子粒子組成。 一類重要的暗物質候選者是某種新的還未被發現的基本粒子，比如弱相互作用大質量粒子（WIMPs)。 許多通過直接探測手段研究暗物質的實驗正在活躍的進行中，但至今為止沒有一個成功。 根據粒子的速度（更准確地來說是自由流動的距離）暗物質通常被分為冷暗物質，溫暗物質和熱暗物質。 當前的模型偏向冷暗物質，在這種假設下，宇宙中的結構由逐漸累積的粒子形成。 
盡管暗物質的存在在科學界已經被廣泛地接受，一些天體物理學家被某些不能由暗物質解釋的觀測啟發，嘗試建立各種修正標准廣義相對論的理論，比如修正牛頓動力學，張量-矢量-標量引力，或者熵引力。 這些模型試圖在不引入額外的非重子物質的情況下解釋所有的觀測結果。 
超彌散星系是一類亮度非常低的星系，第一個例子是在1984年由Allan Sandage和Bruno Binggeli在室女座星系團中發現的。 這些星系被研究和很多年，直到2015年才被重新命名。 它們的低亮度是由於缺少恒星形成氣體，這使得它們內部的恒星都非常老。 
基於2018年的觀測確認，這類星系有兩種非常極端的暗物質含量。 有些超彌散星系幾乎全部由暗物質組成，這樣的星系可能與銀河系的大小和質量都相當，但其中的可見恒星只占1%的比例，而另一種超彌散星系則看起來幾乎完全沒有暗物質。 
BY：Tereza Pultarova
FY：Astronomical volunteer team
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理論預測疏松的星系必須由暗物質使其保持凝聚在一起。

對AGC114905星系的觀測表明該星系沒有暗物質。這一發現與理論相悖。（圖片來源：哈維爾·羅曼和帕維爾·曼塞拉·皮尼亞）

天文學家們好奇是什麼使似乎不含暗物質的遙遠星系保持凝聚。

名為AGC114905的星系距離地球約2.5億光年，大約和銀河系一樣大。然而，這個遙遠的星系包含的恒星比我們銀河系少一千倍。

根據理論模型，這樣的稀疏星系必須由暗物質使其保持形狀凝聚不分散，據估計，暗物質是一種神秘的不可見物質，約占宇宙中所有物質的85%。但當天文學家在新墨西哥州使用超大陣列測量AGC114905時，他們發現這個奇怪的星系中完全沒有暗物質。

荷蘭格羅寧根大學的天文學家Pavel Mancera Piña和荷蘭射電天文學會（ASTRON）領導的研究小組沒有選擇研究AGC 114905。

早先的觀測表明：這個星系和其他五個星系的暗物質含量可能非常低。但這一發現與理論大相徑庭，所以曼塞拉·皮尼亞和他的同事決定再次進行測量。

然而，即使用世界上最強射電望遠鏡進行了40小時的測量，研究人員仍然沒有發現任何暗物質。

Mancera Piña在一份聲明中說：“這當然是我們的想法和希望，因為它證實了我們之前的測量結果。但現在的問題仍然是，理論預測AGC114905中一定存在暗物質，但我們的觀測結果表明不存在。事實上，理論和觀測之間的差異只會越來越大。”

AGC 114905不是首個被天文學家發現的沒有暗物質的星系。2018年，耶魯大學天文學家彼得·範德卡姆（Pieter van Dokkum）領導的團隊發現，距離地球約6000萬光年的NGC 1052-DF2星系似乎不含暗物質。然而科學家們在新的聲明中說，Mancera Piña在最近的研究中使用的技術和測量方法比這項工作更加可信。

科學家們認為AGC114905的暗物質可能被一個附近更大質量的星系剝離了，但奇怪的是在它附近看起來似乎沒有一個星系能夠完成這樣的壯舉。

與此同時，研究人員們正在從他們最初的六個星系中觀測第二個超彌散矮星系。科學家們在聲明中說，如果他們在該星系中也沒有發現暗物質的蹤跡，這將使缺乏暗物質的星系隊伍更加壯大。

相關知識

暗物質是一種假設的物質形式，科學家們認為它大約占宇宙物質的85%。<1>各種天體物理觀測都表明暗物質真實存在，比如存在著無法用公認的引力理論解釋的引力效應。要解釋的通，除非存在的物質比觀察到的多更多。考慮到這個原因，大多數專家都認為暗物質在宇宙中的含量非常豐富，並且已經對宇宙的結構和演化產生了巨大的影響。暗物質之所以被稱為暗物質，是因為它似乎不與電磁場相互作用，這意味著它不吸收，也不反射或發射電磁輻射，因此很難被探測到。<2>

最初的認為暗物質存在的證據來自計算，如果一些星系不包含大量的不可見物質，他們會分散，或者根本不會形成，又或者不會像看到的那樣運動。其他的證據來自引力透鏡和宇宙微波背景輻射的觀測，以及對宇宙大尺度結構，星系的形成和演化，星系碰撞中的物質分布，以及星系團中的星系運動的觀測。在標准LambdaCMD宇宙學中，總的質量和能量包括5%的普通物質，27%的暗物質和68%的某種能量（也稱為暗能量）。因此，暗物質組成了宇宙中總質量的85%，而暗物質和暗能量共同構成了宇宙中95%的質能。

因為暗物質迄今為止未被直接探測到，如果它真的存在，除引力之外，它必定極少與普通物質或輻射產生互相作用。大多數暗物質被認為是非重子物質，它可能由某種未知的亞原子粒子組成。一類重要的暗物質候選者是某種新的還未被發現的基本粒子，比如弱相互作用大質量粒子（WIMPs)。許多通過直接探測手段研究暗物質的實驗正在活躍的進行中，但至今為止沒有一個成功。根據粒子的速度（更准確地來說是自由流動的距離）暗物質通常被分為冷暗物質，溫暗物質和熱暗物質。當前的模型偏向冷暗物質，在這種假設下，宇宙中的結構由逐漸累積的粒子形成。

盡管暗物質的存在在科學界已經被廣泛地接受，一些天體物理學家被某些不能由暗物質解釋的觀測啟發，嘗試建立各種修正標准廣義相對論的理論，比如修正牛頓動力學，張量-矢量-標量引力，或者熵引力。這些模型試圖在不引入額外的非重子物質的情況下解釋所有的觀測結果。

超彌散星系是一類亮度非常低的星系，第一個例子是在1984年由Allan Sandage和Bruno Binggeli在室女座星系團中發現的。這些星系被研究和很多年，直到2015年才被重新命名。它們的低亮度是由於缺少恒星形成氣體，這使得它們內部的恒星都非常老。

基於2018年的觀測確認，這類星系有兩種非常極端的暗物質含量。有些超彌散星系幾乎全部由暗物質組成，這樣的星系可能與銀河系的大小和質量都相當，但其中的可見恒星只占1%的比例，而另一種超彌散星系則看起來幾乎完全沒有暗物質。

BY：Tereza Pultarova

FY：Astronomical volunteer team

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