宇宙中一些最精細、最微小的細節–拉長的恆星群之間的縫隙–可能很快就會幫助天文學家比以往任何時候都更詳細地揭示暗物質。美國國家航空暨太空總署（NASA）的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡發射升空後，到2027年5月，研究人員將利用它的圖像來探索從球狀星團中拉扯出來的環狀恆星卷鬚之間存在著什麼。

有時，恆星會在環繞大質量星系運行的過程中被從球狀星團中剝離出來。研究人員已經在我們的銀河系中發現了幾個這樣的例子–他們也發現了這些環形卷鬚之間的間隙。是什麼造成了這些間隙呢？一種可能性是：一種被稱為暗物質的物質。南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡發射升空後，天文學家將利用其龐大的高清影像，首次發現附近星系中更多的潮汐流–以及可能伴隨的縫隙。我們的鄰居仙女座星係就是一個主要的候選星系，如上圖所示。不久之後，研究人員不僅能夠識別仙女座星系中的潮汐流，還可能利用羅曼望遠鏡的高解析度來確定這種神秘物質的更多特性。資料來源：美國國家航空暨太空總署，約瑟夫-奧姆斯特德（STScI）

具體來說，他們將重點放在來自環繞我們鄰近的仙女座星系的球狀星團的潮汐流。他們的目標是精確定位這些潮汐流的更多實例，檢查恆星之間的間隙，並在理想情況下確定暗物質的特定屬性。

球狀星團流就像在宇宙中飄動的絲帶，既能引領球狀星團，也能沿著它們的軌道尾隨球狀星團。它們在銀河系中的長度千差萬別。非常短的恆星流相對年輕，而那些完全環繞銀河系的恆星流可能幾乎和宇宙一樣古老。完全環繞仙女座星系的恆星流可能有30 多萬光年長，但寬度不到3000 光年。

有了羅曼，天文學家將能夠首次搜尋附近星系的球狀星團恆星流。羅曼的寬視野儀器有18 個偵測器，產生的影像大小是哈伯太空望遠鏡近紅外線相機的200 倍，解析度略高。

南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡的寬視野儀器的巨大足跡顯示了其相機在單幅影像中可以觀測到的範圍。 (寬視野儀器有18 個方形探測器）在這個足跡內是一幅模擬的羅曼圖像。背景是數位化巡天拍攝的仙女座星系主圓盤的地面影像。圖中提供的是美國太空總署月球勘測軌道器拍攝的滿月照片，以示比例。仙女座星系在天空中的直徑約為3 度，而月球的直徑約為0.5 度。 (實際上，月球比仙女座小得多，但也近得多）。寬視野儀器的足跡一次就能捕捉到0.28 平方度的天空。仙女座是一個螺旋星系，其大小和結構與銀河系相似，但質量較大。它距離地球大約250 萬光年。資料來源：圖片：NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS; Simulation：NASA, STScI, Benjamin F. Williams (UWashington)

“羅曼望遠鏡將能夠拍攝仙女座星系的巨大快照，這是其他任何望遠鏡都無法做到的，”《天體物理學雜誌》最近一篇相關論文的第一作者、加利福尼亞州斯坦福大學博士後克里斯蒂安-阿甘澤（Christian Aganze）分享道。 “我們也預計，羅曼望遠鏡將能夠探測到單顆恆星。”

結果可想而知：羅曼望遠鏡巨大而精緻的圖像將使研究人員能夠輕鬆識別仙女座中的許多球狀星團流。迄今為止，天文學家利用現有的太空和地面望遠鏡只能研究銀河系中數量稍少的球狀星團流。

許多人認為暗物質是一種粒子，但目前還無法直接觀測到它，因為它不會發射、反射、折射或吸收光線。如果我們看不到它，怎麼知道它存在？ “我們可以看到暗物質對星系的影響，”阿甘茲解釋。 “例如，當我們模擬星系如何旋轉時，我們需要額外的質量來解釋它們的旋轉。暗物質可能提供了這種缺失的質量。”

包括銀河系在內的所有星係都被暗物質光環包圍著。隨著天文學家對暗物質性質的進一步了解，他們可能會發現有證據表明，星系的光環可能還包含大量較小的暗物質子光環，這是模型所預測的。 “這些光環可能大致呈球形，但它們的密度、大小，甚至是否存在，目前還不得而知，”論文合著者、伊利諾伊州埃文斯頓西北大學研究助理教授Tjitske Starkenburg 解釋說。

羅曼將重新定義他們的搜尋。 「我們預期暗物質會與球狀星團流相互作用。如果其他星系中也存在這些亞暈，我們預測會在球狀星團流中看到可能由暗物質造成的缺口，」史塔肯伯格繼續說。 “這將為我們提供有關暗物質的新信息，包括暗物質暈的種類及其質量。”

阿甘茲和史塔肯伯格估計，羅曼號將在附近星系內有效地提供他們所需的數據–總共只需要一個小時–這些觀測資料可能會被高緯度廣域巡天計畫所捕獲。

斯塔肯伯格也將透過她對另一個計畫的貢獻來幫助為這項調查奠定基礎，該計畫最近被美國國家航空暨太空總署的南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡研究和支持參與機會計畫選為資助項目。她解釋說：『這個團隊計劃透過開發一個更詳細的理論框架，來模擬球狀星團是如何形成恆星流的。我們將繼續預測形成星流的球狀星團的起源地，以及這些星流是否能被羅曼望遠鏡觀測到”。

阿甘茲也對目前或即將上線的其他項目感到興奮。他說：「歐洲太空總署的歐幾里德任務已經開始探索宇宙的大尺度結構，這將幫助我們更多地了解暗物質的作用。維拉-魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）不久也將帶著類似的目標反覆掃描夜空。

編譯自/ ScitechDaily