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發現新型天體暗物質雲 失敗星系遺跡?

新發現的天體「雲9」,以暗物質為主的雲氣,虛線圓圈標示的是無線電波輻射最強的位置。(NASA, ESA, VLA, Gagandeep Anand (STScI), Alejandro Benitez-Llambay (University of Milano-Bicocca); Image Processing: Joseph DePasquale)
新發現的天體「雲9」,以暗物質為主的雲氣,虛線圓圈標示的是無線電波輻射最強的位置。(NASA, ESA, VLA, Gagandeep Anand (STScI), Alejandro Benitez-Llambay (University of Milano-Bicocca); Image Processing: Joseph DePasquale)

文/記者陳俊村
透過美國國家航空暨太空總署(NASA)的哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope),天文學家首次發現新型天體,沒有恆星但富含氣體的暗物質雲,可能是早期未成功形成的「失敗星系」所留下的「遺跡」。

NASA日前指出,被暱稱為「雲9」(Cloud-9)的天體,距離地球1,400萬光年,是天文學家首次在宇宙中探測到的這類天體。這項發現有助於深入了解星系的形成、早期宇宙樣貌以及暗物質的本質。

通往黑暗宇宙的窗口

美國大學天文研究協會(AURA)暨太空望遠鏡科學研究所(STScI)研究人員福克斯(Andrew Fox)說,「這團雲氣是通往黑暗宇宙的窗口。」

他說:「我們從理論中得知,宇宙中大部分質量估計都是暗物質,但這種物質不會發光,所以很難偵測到。『雲9』讓我們罕見的一窺這團以暗物質為主的雲氣。」

這個天體被稱為「再電離限制氫雲」(RELHIC),是宇宙早期遺留下來的氫雲,尚未形成恆星的化石遺跡。科學家多年來一直在尋找這種理論上的「幽靈天體」存在的證據。直到他們用哈伯太空望遠鏡觀測到這片氫雲,並確認它確實沒有恆星,才為這項理論提供了佐證。

研究主要報告撰寫人、STScI研究人員阿南德(Gagandeep Anand)說,在使用哈伯太空望遠鏡之前,人們可能會認為這是一個暗淡的矮星系,用地面望遠鏡根本無法觀測到它。「但藉由哈伯太空望遠鏡的先進巡天照相機(ACS),我們能確定那裡什麼也沒有。」

未能形成的失敗星系

「雲9」的發現令人意外。STScI研究人員比頓(Rachael Beaton)比喻說,在銀河系的鄰近星系中,或許會有一些廢棄的「房子」。

研究人員說,這個天體的發現暗示,宇宙中可能存在許多其他小型、以暗物質為主的結構,也就是未能形成的星系。這項發現為我們提供新視角,讓我們得以研究宇宙中難以透過傳統觀測手段(主要針對恆星和星系等明亮天體)進行研究的暗物質成分。

天文學家多年來一直在研究銀河系附近的氫雲,但這些氫雲通常比「雲9」更大、更不規則。與其他觀測到的氫雲相比,「雲9」更小、更緊湊、呈現高度球形,外觀與其他氫雲截然不同。

「雲9」的核心由中性氫組成,直徑約4,900光年。研究人員透過它所發出的無線電波,測量到其中氫氣質量約為太陽的100萬倍。假設氣體壓力與暗物質雲的重力達到平衡(目前看起來確實如此),研究人員推算出「雲9」所含暗物質約50億個太陽質量。

生成恆星或消失取決於質量

這團雲氣的形成方式目前尚屬推測,如果它的質量持續增加,未來或許會形成星系。

如果它的質量遠大於太陽,例如:超過太陽質量的50億倍,它就會坍縮、生成恆星,最終變成一個與其他星系並無二致的星系。如果它的質量遠小於太陽質量的50億倍,其中的氣體可能會分散並電離,最終所剩無幾。但它目前處於一個恰到好處的位置,有可能保持現有的狀態。

研究人員說,「雲9」是一個沒有恆星的神祕結構的例子。只觀察恆星並不能揭示全貌。研究氣體和暗物質有助於更全面了解這些系統中正在發生的事情。

從觀測角度來看,辨識這些未能形成的星系極具挑戰性,因為附近的星系亮度遠遠超過它們。這類星系也容易受到環境效應影響。這些因素進一步減少了人們對這類星系的預期數量。◇

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