来自哈勃的新数据，解释了消失的暗物质
2018年，一个国际研究团队使用美国航空航天局（NASA）/欧洲空间局（ESA）的哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）和其他几个天文台的数据，首次发现了一个缺失大部分暗物质的星系。这个星系位于银河系的邻居鲸鱼座（Cetus）之中，名为NGC1052-DF2，距离我们4500万光年。
NGC 1052-DF2星系的这一奇怪发现，令天文学家倍感意外，因为依据现有的理解，暗物质是当前星系形成和演化模型中的关键组成部分。实际上，如果没有暗物质的存在，原初气团将缺乏足够的引力来开始它的塌陷过程，也就无法并形成新的星系。
在此一年之后，研究人员又发现了另一个缺失暗物质的星系，NGC 1052-DF4星系，这进一步引发了天文学家关于这些天体性质的激烈争论。
来自NASA / ESA哈勃空间望远镜的新数据，为NGC 1052-DF4星系的潮汐破坏提供了进一步的证据，这一结论解释了此前的奇怪发现，即该星系缺失了它的大部分暗物质。通过研究星系发出的光和球状星团的分布，天文学家得出结论：来自邻近星系NGC 1035的引力将NGC 1052-DF4的暗物质剥离了出去，而这一强大的引力作用现在正在逐渐拆解NGC 1052-DF4星系。上面的图像是根据构成数字巡天第二阶段（Digitized Sky Survey 2）的图像创建的，显示了NGC 1052-DF4周围的天空。
图片来源：ESA /哈勃、NASA、数字巡天第二阶段
致谢：戴维德·马丁（Davide de Martin）
现在，研究人员用哈勃的新数据来解释为什么NGC 1052-DF4中会缺失大部分暗物质。澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）的米雷亚·蒙特斯（Mireia Montes）带领的一个国际天文学家团队，使用深光学成像技术研究了这个星系，他们发现，潮汐破坏（tidal disruption）的影响可以解释缺失的暗物质。邻近的大型星系NGC 1035的引力正在将NGC 1052-DF4裂解开来，在此过程中，暗物质被去除了，而恒星在随后的阶段中感受到的则是与另一个星系相互作用的影响。
直到现在，天文学家也很难发现暗物质以这种方式被去除掉，因为只有使用能够揭示极微弱特征的极深图像，才能观察到这种情况。“我们以两种方式使用到了哈勃望远镜，发现NGC 1052-DF4正在发生某种相互作用，”蒙特斯解释说，“这两种方式分别是研究星系的光和球状星团的分布。”
上面的图像展示了NGC 1052-DF4星系周围的区域，由西班牙特内里费岛泰德天文台（Teide Observatory）的IAC80望远镜所拍摄，图像突出显示了视野中的主要星系，包括NGC 1052-DF4（位于图像的中心）及其相邻的NGC 1035（位于图像左侧中部）。
图片来源：米雷亚·蒙特斯等人
由于哈勃望远镜具有很高的分辨率，天文学家可以从所得数据中识别出星系的球状星团。通过进一步研究西班牙加那利群岛上口径长达10.4米的加那利大型望远镜（Gran Telescopio Canarias，GTC）和IAC80望远镜的数据，研究人员对哈勃的观测结果做出了相应的补充。
“仅仅花费大量的时间在数据观察上是远远不够的，仔细地处理数据才是至关重要的，”西班牙加那利天体物理研究所（Instituto de Astrofísica de Canarias）的团队成员劳尔·因凡特-塞恩斯（Raúl Infante-Sainz）解释说，“因此重要的是，我们要使用的不只是一台望远镜或仪器，而是多个地基和太空中的观测仪器来进行这项研究。利用哈勃望远镜的高分辨率，我们可以识别出球状星团，然后利用加那利大型望远镜的光度测量，我们可以得到星系的物理特性。”
科学家认为，球状星团是在剧烈的恒星形成过程中形成的，多个恒星的形成则进一步塑造了星系。这些星团因恒星紧密地聚集在一起而产生了易于观察的边界和光度，因此可以很好地说明它们所在星系的性质。通过研究和表征NGC 1052-DF4星系中星团的空间分布，天文学家可以深入地了解星系本身的当前状态，而这些星团的直线形排列表明，它们正在从宿主星系中被“剥离”，这支持了潮汐破坏事件正在发生的结论。
通过研究星系的光，天文学家也捕捉到了潮汐尾（tidal tails）的证据，它们是由远离NGC 1052-DF4的物质形成的，这进一步支持了以下结论：这是一个潮汐破坏事件。进一步的分析得出的结论是，星系的中心部分未受影响，星系中仅有7%的恒星质量处于潮汐尾中。这意味着一开始的时候，暗物质被优先从星系中剥离出来，因为暗物质的密度比恒星低，而现在，星系外围的行星部分也开始被逐渐剥离。
“这为我们提供了一个很好的指示：虽说星系中的暗物质已经从系统中蒸发掉了，但恒星才刚刚开始受到潮汐破坏的影响，”西班牙西班牙加那利天体物理研究所的成员伊格纳西奥·特鲁希略（Ignacio Trujillo）解释说，“随着时间的推移，NGC 102-DF4将被围绕NGC 1035的大型系统拆解吞噬，至少会有其中的一些恒星在深空中自由地漂荡。”
作为对于星系缺失暗物质的原因解释，支持潮汐破坏机制的证据发现不仅解决了一项天文学难题，也让天文学家们松了一口气，因为如果没有它，科学家或许就不得不修订我们对引力定律的理解。
蒙特斯补充说：“这项发现，让有关星系如何形成和演化的现有知识，与最有利的宇宙学模型达成了一致。”
参考来源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-hubble-data-explains-missing-dark-matter