天文学
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最后更新:2023年10月3日

银河系质量新评估

我们银河系的新质量
银河系自转速度表示为距银心距离的函数。 白色数据点及误差棒代表盖亚DR3星表测量结果。 蓝色曲线为包含普通物质与暗物质的最佳拟合结果。 橙色曲线末端展示了开普勒衰减,该衰减始于银河系光学盘面之外,表明该区域物质缺失。 © Jiao, Hammer 等 / 巴黎天文台– PSL / 法国国家科学研究中心 / 欧洲航天局 / 盖亚 / 欧洲南方天文台 / S. Brunier

银河系的质量是多少?

为了测量星系的质量,我们使用一个相当于太阳质量(M☉)的单位。星系的质量介于几百万个太阳质量到几万亿个太阳质量之间。此前,银河系的质量估计约为10¹²M☉。其中由普通物质(恒星、气体和尘埃)组成的部分,估计约为0.6×10¹¹M☉。而银河系其余至少六倍于此的质量,则由暗物质构成——这是一种既不可见又受引力作用的假想物质。

20世纪70年代,薇拉·鲁宾(1928-2016)发现螺旋星系外围恒星的旋转速度保持恒定,这与牛顿定律的预测不符。根据理论,旋转曲线本应呈现所谓的"开普勒式"衰减。这一发现的直接后果是提出了暗物质的存在假说,此后人们便孜孜不倦地追寻这种物质。

根据2023年9月27日发表于欧洲科学期刊《天文学与天体物理学》的一项研究,银河系的质量可能比最新估算值低四到五倍。根据盖亚DR3星表数据得出的精确质量为2.06×10¹¹太阳质量,而此前估算值为10¹²太阳质量。这项研究由巴黎天文台和法国国家科学研究中心的天文学家Leroy, N.、Martin, N. F.、Wegg, C.等人(2023年)完成。2023年的研究利用了盖亚卫星提供的18亿颗恒星的运动数据,其精度前所未有。银河系的旋转曲线以99.7%的概率清晰显示出开普勒衰减,而非此前认为的恒定旋转速度。

我们银河系中的暗物质去哪了?

如今宇宙学中涌现出许多问题!

为什么其他大型旋涡星系没有表现出开普勒衰减的旋转曲线?为什么我们的银河系会是特殊的?

科学家提出了两个原因:- 银河系是一个螺旋星系,经历的星系碰撞干扰较少。 上一次碰撞发生在约90亿年前,当时矮星系SagDEG被银河系吸收。 螺旋星系的平均碰撞间隔为60亿年。银河系位于本星系群中,该星系群包含约50个星系。 本星系群是宇宙中相对平静的区域,星系碰撞在那里较为罕见。

- 星系的旋转曲线是一种图形表示,展示了恒星或气体围绕星系中心的旋转速度随其距离变化的关系。 通过恒星运动(由盖亚卫星提供的数据)获得的银河系新旋转曲线,与通过中性气体(氢和氦)对其他星系进行的测量之间存在显著的方法学差异。

总之,有必要重新评估大型旋涡星系的旋转曲线以及普通物质与暗物质的数量对比。

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