矮星系具有哪些重要特征，为什么它能揭示暗物质？

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作者：文/虞子期

通常会在星系团中被找到的矮星系，不仅是宇宙中最丰富的星系类型之一，也是光度最弱、质量和尺寸较小的一类星系，它们往往都充当着较大星系“伴星”的角色。我们都知道，宇宙中所包含的物质具有各种不同的存在形态，并且，其中的大部分都是我们无法直接观测到的，比如，令我们难以捉摸的暗物质，就密集地分布在星系的中心或更大的范围之内。

而看似渺小的矮星系，却被科学家们认为处于暗物质科学的中心，这些宇宙中最小的星系，可以帮助人类更加接近暗物质的基本事实。那些最小仅包含数千到数万颗恒星的矮星系，对暗物质有更最严格的约束条件，比如，位于我们银河系附近的许多微小星系，暗物质的百分比在其组成部分中占据了绝对性优势。那么，矮星系到底具有哪些重要的特征，为什么它能够揭示与暗物质有关的更多信息？

不同类型的矮星系分别具有怎样的特征

其实，在我们的银河系附近就有许多矮星系，并且它们的存在数量远远超过大星系，但是，它们没有像其他星系那样散发出明显的光亮，因而当其位于五万秒的差距之外时，便难以被研究人员观测到。虽然，矮星系中的天体是整个宇宙天体中相对更小的星体形式，但此类星系却对宇宙的进化做出了重要贡献。就星系的演化而言，那些更大的星系，也是由这些在一开始形成的矮星系所构成，并且，庞大的矮星系数量和位于其中的天体数量，共同构成了最基本的宇宙世界。

在对矮星系进行研究的过程中，科学家们还根据外观特征将其划分成了三种主要的矮星系类型，它们分别是矮椭圆星系、矮球状星系，以及不规则的矮星系。事实上，矮椭圆星系与我们常见的普通椭圆星系所具有的全局特性相同，只是它的规模看上去相对更小一些。在此类呈现出椭圆形的矮星系中，几乎没有气体存在和新恒星形成的迹象，并且具有较低的金属性。而矮球状星系，则一般存在于矮椭圆形刻度的微弱末端，简单来讲，此类矮星系的外观比椭圆形更接近球形，并拥有更小的直径。

由于矮球状星系的体积很小，因而迄今为止，科学家们也只是在“本地群”中观察到过此类星系的踪迹。而不规则的矮星系又与较大的不规则星系具有很多相似的性质，比如，星系中都包含了大量的尘埃和气体，同时还能捕获到其中有新的恒星正在形成的证据。与此同时，在不规则的矮星系中，还存在着一种极端的蓝色紧凑矮星系。虽然它们的质量同样很小，但包含大量气体的它们，却正在经历恒星的剧烈形成，也正是恒星形成的爆发，导致了它们发出异常的蓝色光芒。

为什么说矮星系处于暗物质科学的中心

在我们的银河系周围，虽然已经发现了很多环绕的矮星系，但依然不能和标准宇宙学模型中应该存在的量级相提并论。这些渺小的矮星系包裹着宇宙中的诸多大谜团，更引发了许多和暗物质性质有关的问题，这也是科学家们对矮星系研究如此着迷的主要原因之一。虽然暗物质对其他物体施加了引力，即使它占据着宇宙质量的很大一部分，但也没能探测到它与其他常规物质之间所发生的相互作用，而这些信息对于了解为什么会形成星系而言却至关重要。

简单来说，倘若没有暗物质的存在，那么，宇宙中便没有足够的重力将该空间中的物体聚集起来。从标准宇宙模型的角度来看，存在于我们星系周围的矮星系会因为暗物质的作用，而导致其真实存在的数量，远比我们目前所探测到的更多。随着宇宙探索技术的进步，科学家们在银河系中发现了越来越多的矮星系，但却依然无法对矮星系的匮乏和性质做出合理的解释。于是，科学家们开始通过建立模型的方式来研究我们所在的星系，并在实验中成功再现了与我们实际观察保持一直的矮星系群。

在整个研究过程中，科学家们通过对恒星物理学建模方式的改进，并通过新的模拟印证了理论的正确性，再现了那些在银河系周围观察到的矮星系。而这样的结果，也让所有人对暗物质的理解变得更加一致，暗物质的确在矮星系的演化过程中具有举足轻重的地位。而在之后的时间里，科学家们还将进行更高分辨率的模拟研究，以实现星系中那些更加微弱的矮星系的模拟。虽然我们尚未对此类“超微弱”的矮星系实现完整的数据统计，但我们可以在更精确的模拟实验中，预测到即将由多少矮星系会被科学家们探测到。

如何在矮星系中寻找到暗物质的踪迹

虽然，面对构成宇宙大部分质量的暗物质，依然存在着很多科学家们都无法回答的难题，但我们可以先通过模型和星系中暗物质的分布对比，从而测试出、甚至是排除掉暗物质的那些具有争议性的“候选者”。众所周知，在我们的银河系附近，广泛地分布着微弱的矮星系，只要能够标志出这些矮星系中暗物质的分布，那么就可以为暗物质的性质提供更有价值的信息。但由于被发现的许多矮星系，其包含的恒星数量都很有限，因而在过去的很长一段时间里，科学家们都没有太好的方法来实现暗物质的测量。

当然，即使暗物质的测量难度很大，但依然没有阻碍研究人员们的热情，比如，在一个只有几颗星体的矮星系中，计算出了暗物质在该星系内部的密度数据。而这种方法的关键就在于密集星团的利用，因为，它们总是围绕着矮星系的中心运行。恒星团与星系有所不同，重力的作用会导致它们分散、并发生缓慢膨胀的现象，而其膨胀的速度刚好取决于星团运行的引力场和暗物质在其宿主星系中的分布情况。

科学家们不仅通过大量的计算机模拟，来了解星团的结构和暗物质的真实分布情况，也将这样的模拟运用在了一个叫做ridanus II的微小矮星系上，并发现位于该星系中的暗物质，比许多之前常用到的其他模型所预测的量级更少。虽然这只是一个较小的矮星系，但这样的结果倘若同样在那些较大的星系样本中出现，那么便可以对暗物质的性质带来更大的影响。在目前受到很多人认可的暗物质模型中，会产生相互作用的“冷粒子”也包含在暗物质中，但这却无法解释ridanus II的结果数据，暗物质的确比我们预想的更加复杂。在星系、乃至宇宙中占据重要地位的暗物质，到底具有怎样的分布特征和物质属性，让我们所有人都越来越着迷，并期待在不久的将来会出现更多的科学方法，来揭示暗物质的更多神秘信息。


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