这个孤立的星系中心，却充满了暗物质

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天文学家利用NASA钱德拉x射线天文台的数据，发现了一个被孤立了数十亿年的星系，其核心中包含的暗物质比预期要多。这个星系被称为Markarian 1216(缩写为Mrk 1216)，包含的恒星年龄在宇宙年龄的10%以内，也就是说，几乎和宇宙本身一样古老。科学家们发现它经历了与典型星系不同的演化过程，无论是在它的恒星方面，还是通过引力将星系凝聚在一起的无形暗物质方面。mrk1216属于椭圆型星系家族，其中心的恒星密度比其他大多数星系都要高。

天文学家们认为它们是红色致密星系的后代，这些星系被称为“红块”，在大爆炸后大约10亿年形成，但在大约100亿年前停止了增长。如果这个解释是正确的，那么mrk1216中的暗物质和它的星系表亲也应该被紧密地包裹起来。

为了第一次验证这个想法，两位天文学家研究了距离Mrk 1216中心不同距离热气体的x射线亮度和温度，这样就可以“称”出星系中央存在多少暗物质。加州大学欧文分校的戴维·布奥特(David Buote)说：当我们将钱德拉数据与计算机模型进行比较时，发现暗物质的浓度比在其他总质量类似星系中发现的要高得多。

这告诉我们，mrk1216的历史与典型星系非常不同。基本上它所有的恒星和暗物质都是在很久以前形成，在过去的100亿年里几乎没有增加。根据这项新研究，在大爆炸后大约30到40亿年，围绕着Mrk 1216中心形成了一个光环，或者说是一个模糊的暗物质球体。这个光晕被认为比星系中的恒星还要大，这样一个红金块星系的形成是今天所看到许多椭圆星系的典型特征。

然而，与Mrk 1216不同的是，当较小星系在宇宙时间内与它们合并时，大多数巨大的椭圆星系继续逐渐变大。研究报告的撰写者之一、加州大学欧文分校的艾伦·巴斯说：在相对较近的地方看到Mrk 1216等致密椭圆星系中，恒星的年龄和密度提供了第一个关键证据，证明它们是远距离观测到“红色金块”的后代。这里看到的暗物质光晕证明了这一点，此前，天文学家估计mrk1216中的超大质量黑洞比预期更大。

然而，这项最新研究得出的结论是，黑洞质量可能不到太阳质量的40亿倍。这听起来很多，但对于像mrk1216这样大的星系来说，它的质量可能并不大。研究人员还寻找了星系中心超大质量黑洞爆发的迹象。他们在高温气体中发现了一些空洞，类似于在其他大质量星系和英仙座星系团中发现的空洞，但需要更多数据来证实它们的存在。

mrk1216数据也提供了关于暗物质的有用信息，由于暗物质从未被直接观测到，一些科学家质疑它是否存在。在这项研究中，Buote和Barth用标准“牛顿”引力模型和一种被称为修正牛顿动力学(modified Newtonian dynamics，简称MOND)的替代理论解释了钱德拉星系数据。

结果表明，这两种引力理论都要求在mrk1216中心有相同数量的暗物质，有效地消除了MOND解释的必要性。在未来，科学家希望进一步研究暗物质的性质，暗物质在mrk1216中心的密集堆积，可能为预测不那么集中的暗物质非标准理论提供了一个有趣的测试，比如暗物质粒子通过引力以外的其他方式相互作用。其研究发现发表在《天体物理学》上。

博科园｜研究/来自：Chandra X-ray Center

参考期刊《天体物理学》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab1008

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原文地址：今日头条