從前，星系中沒有這麼多暗物質

最新觀測表明，巨大的恆星星系在100億年前星系形成的巔峰階段主要由重物質或者叫一般物質構成。這與現今的星系構成截然不同，現在神秘的暗物質的影響似乎更大一些。這個驚人發現由歐洲南方天文台的十分巨大望遠鏡(Very Large Telescope，記得有篇煎蛋文吐槽過科學家的取名)獲得，意味著暗物質在宇宙早期的影響相對於現在較小。該研究已在自然雜誌上發表，題為「重子在轉盤星系中的主導地位在一百億年前為高峰時期」。

諸如發光恆星、發光星雲和太空星塵等都是一般物質，但神秘的暗物質不會發射、吸收或者反射光，我們只能通過其引力效應進行觀測。暗物質的出現很好的解釋了為什麼旋渦星雲的外部比在如果只存在可見一般物質情況下預期的旋轉速度更快。

現在，由德國加爾興馬克斯普朗克地外物理學研究所Reinhard Genzel領導的國際研究團隊利用歐洲南方天文台位於智利的十分巨大望遠鏡對宇宙深處的六個巨大恆星星系的旋轉進行了測量，這些星系正處於100億年前形成巔峰期。他們發現了一個有趣的現象：不同於當前宇宙中的旋渦星系，這些遙遠星系的外部區域似乎比靠近核心的區域旋轉得更慢，意味著那裡的暗物質比預期的更少。

早期旋轉圓盤星系(右側)和現在星系(左側)的圖示。歐洲南方天文台的十分巨大望遠鏡的觀測表明由於分布在核心的暗物質(紅色部分)較少，這種巨大恆星轉盤星系在宇宙早期受到的影響更小。因此星系外圍旋轉速度相對於當前宇宙中的相似區域更慢。

「令人驚訝的是，旋轉速度並非恆定，而是越靠近星系外圍越慢。」第一作者Reinhard Genzel評論道：「可能有兩方面的原因：一是大部分早期大型星系絕大部分由一般物質組成，相對於當前宇宙暗物質則只佔了很小的一部分，二是這些早期的轉盤狀星系比我們現在看到的宇宙附近中的旋渦星系更混亂。」隨著天文學家們追溯到宇宙早期，這兩方面的因素似乎都變得越來越顯著。這表明在大爆炸之後30到40億年之時，已經形成了扁平旋轉的圓盤狀星系，但同時暗物質暈僅僅圍繞在星系外部，比現在更大更分散。又過了數十億年，暗物質也被壓縮到星系內部，形成了現在暗物質佔據主導地位的現象，並且可以從其對轉盤星系旋轉速度的影響看出。該解釋與當前表明早期星系蘊含更多氣體並且比現在星系更緊實的觀測一致。

這六個在研究中繪製的星系是利用位於智利帕拉納爾天文台的歐洲南方天文台的十分巨大望遠鏡的KMOS和SINFONI儀器繪製的數百個遙遠恆星轉盤星系的一部分。除了上述單個星系的測量之外，結合其他星系的微弱信號繪製了平均旋轉曲線。該複合曲線同樣表明隨與星系核心距離的增大，旋轉速度降低的趨勢。此外，另外兩項針對240恆星構成的轉盤的進一步研究同樣證實了上述發現。

詳細的模型表明雖然平均來講一般物質占所有星系總質量的大約一半，但其實正處於整個星系演變中的最低點。

[CliffBao via phys]

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