麻省理工學院的物理學家透過對整個銀河系中恆星的速度進行計時發現，與靠近銀河系中心的恆星相比，銀河系盤中較遠的恆星的運行速度比預期的要慢。這項發現提出了一種令人驚訝的可能性：銀河系的引力核心可能比之前想像的質量更輕，包含的暗物質更少。

新結果是基於研究小組對蓋亞和APOGEE儀器所獲數據的分析。蓋亞是軌道太空望遠鏡，可以追蹤整個銀河系中超過10億顆恆星的精確位置、距離和運動，而APOGEE則是地面測量儀器。物理學家分析了蓋亞對33,000多顆恆星的測量結果，其中包括銀河系中最遠的一些恆星，並確定了每顆恆星的”圓週速度”，即恆星在銀河系盤中盤旋的速度，同時考慮恆星與銀河系中心的距離。

了解銀河係自轉

科學家將每顆恆星的速度與其距離繪製成旋轉曲線–這是天文學中的一種標準圖形，表示物質在距離星系中心一定距離時的旋轉速度。這條曲線的形狀可以讓科學家了解整個星系中可見物質和暗物質的分佈。

麻省理工學院物理學助理教授莉娜-內奇布說：「我們非常驚訝地發現，這條曲線在一定距離內一直保持平緩、平緩、平緩的狀態，然後就開始下滑。這意味著外層恆星的旋轉速度比預期的要慢一些，這是一個非常令人驚訝的結果。”

麻省理工學院物理學家的一項研究表明，銀河系引力核心的質量可能比之前想像的要輕，包含的暗物質也更少。圖片來源：ESA/Gaia/DPAC, 麻省理工學院新聞編輯

挑戰暗物質理論

研究小組將新的旋轉曲線轉化為暗物質的分佈，從而解釋了外圍恆星減速的原因，並發現由此繪製的銀河核心比預期的要輕。也就是說，銀河系中心的密度可能比科學家想像的還要小，暗物質也比想像的少。

Necib說：”這使得這結果與其他測量結果產生矛盾。某個地方肯定有貓膩，能找出貓膩所在，真正了解銀河的全貌，實在令人興奮”。

研究小組本月在《英國皇家學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Society Journal）上報告了他們的研究成果。包括內吉佈在內，研究的麻省理工學院合著者包括第一作者歐曉薇、安娜-克里斯蒂娜-埃勒斯和安娜-弗雷貝爾。

“在虛無中”

就像宇宙中的大多數星系一樣，銀河係也像漩渦中的水一樣旋轉著，它的旋轉部分是由其盤內旋轉的所有物質驅動的。 1970 年代，天文學家維拉-魯賓（Vera Rubin）率先觀測到星系的旋轉方式不可能純粹由可見物質驅動。她和她的同事測量了恆星的圓週速度，結果發現旋轉曲線出奇地平坦。也就是說，恆星的速度在整個星系中保持不變，而不是隨著距離的增加而下降。他們的結論是，一定有其他類型的不可見物質作用於遙遠的恆星，為它們增加了推動力。

魯賓在旋轉曲線方面的研究是暗物質存在的首批有力證據之一，暗物質是一種不可見的未知實體，據估計，它的數量超過了宇宙中所有的恆星和其他可見物質。

此後，天文學家在遙遠的星系中也觀測到了類似的平坦曲線，進一步證明了暗物質的存在。直到最近，天文學家才嘗試用恆星繪製我們銀河系的旋轉曲線。事實證明，當測量者位於坐在星系內部時，要獲得旋轉曲線是比較困難的。

蓋亞數據帶來的新啟示

2019年，麻省理工學院物理學助理教授安娜-克里斯蒂娜-艾勒斯（Anna-Christina Eilers）利用蓋亞衛星早先發布的一批數據，繪製了銀河系的旋轉曲線圖。這次發布的數據包括了距離銀河系中心最遠25 千帕斯卡（約81,000 光年）的恆星。

根據這些數據，艾勒斯觀察到銀河系的自轉曲線似乎是平坦的，儘管有輕微的下降，與其他遙遠的星系相似，由此推斷，銀河系的核心很可能含有高密度的暗物質。但這種觀點現在發生了轉變，因為這架望遠鏡發布了一批新數據，這次包括了距離銀河系核心近10 萬光年的恆星。

奇怪的張力

研究團隊利用阿帕契點天文台銀河演化實驗（APOGEE）的測量數據對蓋亞的數據進行了補充。 APOGEE測量了銀河系中70多萬顆恆星極其詳細的特性，如亮度、溫度和元素組成。

研究團隊確定了33,000 多顆恆星的精確距離，並利用這些測量數據產生了一張散佈在銀河系約30 千帕斯卡範圍內的恆星三維地圖。然後，他們將這張地圖納入一個圓週速度模型，模擬在銀河系中所有其他恆星的分佈情況下，任何一顆恆星的運行速度。然後，他們將每顆恆星的速度和距離繪製在一張圖表上，繪製出銀河系的最新旋轉曲線。

研究小組沒有看到像以前的旋轉曲線那樣的輕微下降，而是觀察到新曲線在外側的下降幅度比預期的要大。這種出乎意料的下滑表明，雖然恆星在一定距離外的運行速度可能一樣快，但在最遠的距離，它們的運行速度會突然減慢。位於外圍的恆星似乎比預期的速度更慢。

當研究小組把這條旋轉曲線轉換成整個銀河系中必然存在的暗物質數量時，他們發現銀河系核心所包含的暗物質可能比之前估計的要少。

這結果與其他測量結果有矛盾。真正理解這一結果將產生深遠的影響。這可能會導致更多隱藏在銀河盤邊緣之外的質量，或重新考慮我們銀河系的平衡狀態。希望在接下來的工作中能夠利用類似銀河系的高解析度模擬，找到這些答案。

編譯來源：ScitechDaily