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西澳大利亚大学:银河系被大量暗物质占据 - 相当于8000亿个太阳
西澳大利亚大学:银河系被大量暗物质占据 - 相当于8000亿个太阳
2014/10/12 10:28:58 | 浏览:1614 | 评论:0

暗物质是宇宙中最为神秘的物质之一,我们无法通过肉眼看到暗物质,更重要的是暗物质在宇宙质能中占据了很大一部分,科学家此前发现在银河系周围也存在大量 的暗物质。来自澳大利亚的科学家通过一种古老的方法推算出银河系的暗物质总量相当于太阳的8000亿倍,这个数字是相当庞大的,要知道银河系中央黑洞质量 也仅仅为数百亿倍太阳质量,这些暗物质不仅分布在银河系周围,也充斥在银河系之中,是银河系质能组成中的关键组分。

西澳大利亚大学:银河系被大量暗物质占据 - 相当于8000亿个太阳

西澳大利亚大学射电天文研究国际中心的天体物理学家Prajwal Kafle博士认为我们对银河系内的暗物质分布已经有所了解,我们所见到的恒星、星际尘埃等这些物质虽然是可见的,但是其占据的质能相当少。从整个宇宙的角度看,可见物质占据的份额为4%,大约25%是暗物质,剩下的为暗能量。Prajwal Kafle博士来自尼泊尔,他认为通过恒星系统的公转速度也能推出暗物质的存在,如果星系周围不存在看不见的引力作用,星系自转的速度应该更快,但此前我们没有对银河系内的暗物质质量进行精确的测量。

因此这一发现解决了困扰科学家近二十年的宇宙学之谜,通过星系形成与演化的研究,我们进一步了解到冷暗物质理论可能不适合用于宇宙星系,因为根据这个理论我们应该能够在银河系周围看到一些较大的卫星星系,而且是肉眼可见的,但除了麦哲伦云外,几乎没有任何可见的大型卫星星系,因此我们的暗物质理论还需要进一步完善。

昴星团离地球多远

西澳大利亚大学:银河系被大量暗物质占据 - 相当于8000亿个太阳

昴星团,又称七姊妹星团,正在引起距离测量上的麻烦。 资料图片

胡德良/译

在过去的20年里,对于“昴星团距离地球到底有多远”这个问题一直有着激烈的争论。现在,射电天文学家也加入了争论,不过他们的研究结果跟欧洲的卫星数据相矛盾。

距离在天文学中是至关重要的。如果不知道一颗恒星的距离,你就无法知道它的威力有多大。如果一颗恒星的距离比你以为的距离远一倍,那么它所释放的光就会比你以为的强度高出四倍。昴星团是个年轻的星团,距离太阳系很近,因此它能够使天文学家们有机会研究那些刚刚开始生命历程的恒星。但是,如果不知道该星团的距离,那么那些恒星的光度、直径和年龄都是难以搞清的。

测量恒星距离的白金标准是视差。视差就是恒星每年所展示出的明显的小幅移动,这是由于地球环绕着太阳旋转时观测者从稍有不同的视角去观测造成的,恒星越远,视差越小。

视差是极为重要的数据。1989年,欧洲航天局(ESA)发射了依巴谷卫星,该卫星测量出了超过10万颗恒星的视差。遗憾的是,这颗卫星上的一个助推器点火失败,使得该卫星在地球周围偏心率很高的椭圆轨道上做环绕运行,造成数据分析的复杂化。对昴星团的争议爆发于1997年,当时负责依巴谷卫星的科学家们发布了那些视差资料,而且说明昴星团跟我们的距离比原以为的距离要近得多,这就意味着其中恒星的亮度要差得多,而且恒星模型是错误的。

现在,射电天文学家们也加入到争论之中。加州大学圣迭戈分校的卡尔·梅利斯及同事将13架射电望远镜连接成为一个洲际望远镜阵列,这个阵列所拍摄的图像非常清晰,超越了哈勃太空望远镜。不久前,这些科学家们在《科学》杂志在线版上报道说:他们测出了昴星团中四颗恒星的视差,证实这几颗恒星的平均距离为444光年,误差仅为4光年,这一距离比依巴谷卫星科学家们所支持的数据——392光年要远得多。“他们的数据再也站不住脚了。”梅利斯说,“我们的数据应该就是最终结果了。”

但很多天文学家并不同意这个结论。英国剑桥大学的天文学家弗洛尔·凡·利欧文在过去的17年中一直支持依巴谷卫星的测量结果,他反驳道:情况并非如此。“我认为这解决不了任何问题。”利欧文说,“他们测量了四颗恒星,而依巴谷卫星测量了53颗恒星。”但是,梅利斯说他测得的视差要比来自依巴谷卫星的数据精确得多,而且跟其他来自非依巴谷卫星的视差是一致的。

哥伦布市俄亥俄州立大学的天文学家马克·品索诺特跟依巴谷卫星和进行这项新研究的射电天文学家们均没有任何关系。“实际上,我认为这是一项很不错的研究。”他说,“这是一项独立技术,一项相当精确的技术。”品索诺特认为依巴谷卫星的数据是有错误的,这正是因为它的轨道带来了遗憾;尽管科学家们曾经企图纠正这个错误,但是据品索诺特说昴星团在天空中所处的区域使测量结果难以得到纠正。此外,该星团的距离很远,视差很小,测量起来也很困难。

如何解决争议?在这个问题上,三位科学家有一致意见。去年12月,欧洲航天局发射了威力巨大的新型太空飞船“盖亚”号,该飞船将会测量几十亿颗恒星的视差,包括昴星团中的数百颗恒星在内,相信我们在不久的将来就应该最终能够知道这个星团距离地球有多远了。然而,不管最终结果如何,有关昴星团的不断争论表明:当“盖亚”号在其视野的远端测量跟恒星的距离时,如果测量结果与天文学家们所了解的情况相矛盾,那么“盖亚”号本身也可能会引起争议。

月球最大平原或非撞击坑

引力数据表明其可能源于早期火山喷发

西澳大利亚大学:银河系被大量暗物质占据 - 相当于8000亿个太阳

月球大平原可能源于早期火山喷发。图片来源:Kopernik Observatory

长期以来,科学家们一直认为,被称为“风暴洋”的位于靠近地球一侧的月球巨大平原是由数十亿年前的一次小行星撞击事件形成的。然而美国科学家日前说,该平原可能源于月球早期的火山喷发,而不是此前认为的小行星撞击。

月球大平原相当于美国国土的面积。天文学家曾认为这里是一片海洋,因此称它为“风暴洋”并延续至今。科学界此前普遍认为,这是月球历史上最大的一次小行星撞击事件形成的,而后又发生了一些小规模的小行星撞击。

如今通过对这一直径3200公里的古老火山岩区域的引力地图进行分析,研究人员发现,这一平原根本就不是一个巨大的陨石坑。这项研究揭示了月球表面下的月壳特征,表明该地区的边缘存在直线和交角,类似于一个长方形的结构。这样的形状很难被归因于一次小行星碰撞——后者会产生更多的圆形边缘,而可能是月壳内部地质活动的结果。

在这项研究中,研究人员利用了来自在2012年年底结束的美国宇航局(NASA)的重力恢复与内部实验室(GRAIL)的数据。GRAIL的两架探测器测量了由于平原下方月壳密度和地形改变引发的月球引力场的变化。

这张地图揭示了平原玄武岩下面的异常现象,作者于是提出一种新的解释:月球形成并冷却之后一段时间,即距今约40亿至30亿年前,有大量高温岩浆从月球内部向外扩张,岩浆与月球表面之间的温差导致月球表面出现许多裂缝,制造出所谓“岩浆管道系统”,从这些“管道”喷出的岩浆在如今的“风暴洋”地区冷却后,便形成奇特的形状。

研究人员又根据GRAIL两架探测器获得的引力数据构建模型进行模拟,结果也支持最新解释。

研究人员在最近出版的《自然》杂志上报告了这一研究成果。

GRAIL科学项目团队成员之一、主持这项研究的高登市科罗拉多矿业学院行星科学家Jeffrey Andrews-Hanna表示,这一发现出乎人们意料。他说:“裂谷区在月球上并不是常见的东西,虽然我们看到它们出现在地球、金星和火星上。”

科学家们之前认为,基于较低的海拔高度、独特的构成——其中包括高于平均水平的元素如铀、钍和钾——以及看上去像是残余边缘的碎片化的表面结构,“风暴洋”很可能是一个撞击盆地。但Andrews-Hanna与同事给出了一个新的解释。他们推测该地区高浓度的放射性元素使得这里比周围的环境更热,并能够更快地冷却。研究人员说,随着该地区变冷和收缩,位于其边缘的月壳会被拉长,形成独特的矩形图案的山谷。

Andrews-Hanna强调,这一过程看起来非常类似于土星的卫星土卫二。他说,尽管卫星之间存在许多差异,但相似的物理过程依然有可能发生。

但月球早期为什么会有高温岩浆向外扩张?研究人员表示,这仍是一个谜,也许是因为月球深处的元素在放射性衰变过程中产生大量热量,也许是一次大型小行星撞击事件引发这种喷发。(赵熙熙)


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