天文學家確認一座幾乎完全由暗物質構成的“幽靈星系”

一支由多倫多大學李大衛（David Li）領導的天文學家團隊近日確認了十個潛在的“暗星系”候選體，這類星系的恒星光極其微弱，以至于傳統望遠鏡幾乎無法探測到任何可見信號。 在這批名單中，一座名為“候選暗星系?2”（Candidate Dark Galaxy?2，簡稱 CDG?2）的天體格外引人注目：研究團隊推測，其質量成分可能有多達 99% 來自暗物質，正常物質僅占約 1%。

暗物質目前仍被視作一種假設中的物質形態，但它是現代宇宙學研究的核心對象之一。 這種物質既不與光也不與其他類型的電磁輻射發生作用，人類無法直接“看見”它，只能通過它對周圍天體及整個宇宙結構施加的引力效應間接加以探測。 CDG?2 之所以能“露出馬腳”，正是因為它對附近致密恒星群體的引力牽引，為其暗中存在提供了線索。

CDG?2 的發現得益于多臺大型天文設備的聯合觀測，其中包括哈勃空間望遠鏡、歐空局的歐幾里得（Euclid）空間天文臺以及位于夏威夷的昴星團望遠鏡（Subaru Telescope）。 李大衛團隊通過尋找球狀星團來“反向勾勒”這座暗星系的輪廓——球狀星團是一類由大量恒星組成的致密、近似球形的星團結構，其內部恒星由引力緊密束縛在一起。 由于這類星團具有極高的恒星密度，它們能夠在強烈的引力潮汐環境中得以幸存，因此被視為追蹤“幽靈星系”的可靠標記。

借助哈勃的高分辨率成像能力，研究團隊在距離地球約 3 億光年的英仙座星系團方向，識別出了四個獨立的球狀星團。 隨后結合歐幾里得和昴星團望遠鏡的補充觀測，科研人員在這些星團周圍檢測到一圈極為微弱的彌散光輝。 分析顯示，這些稀薄的光線源自一座鄰近星系，而該星系本身的恒星光極度黯淡，幾乎隱沒在宇宙背景之中。

觀測結果表明，CDG?2 的總光度大致相當于一百萬顆類似太陽的恒星所發出的光，總體亮度在星系尺度上屬于極低水平。 更罕見的是，那四個球狀星團竟然占到了該星系可見物質的約 16%，這意味著除它們之外，星系中幾乎看不到多少其他恒星結構。 在采用先進統計分析方法綜合各項數據之后，天文學家提出，CDG?2 的總質量中約有 99% 很可能是暗物質構成，而正常物質（包括恒星形成所需的氫元素等）只剩下極少部分。

研究團隊推測，CDG?2 原本可能擁有更多正常物質，但在英仙座星系團中與周圍星系反復發生引力相互作用后，這些氣體與恒星物質被逐漸剝離。 這種“引力剝蝕”過程在致密星系團環境中并不罕見，卻在 CDG?2 身上被推演到極端，以至于形成了一座幾乎完全由暗物質主宰的星系。 在這種背景下，那些高密度的球狀星團因為自身引力極強，得以在長期的潮汐撕扯中完整保留下來，成為這座幽靈星系為數不多的可見“燈塔”。

盡管詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）等新一代觀測設備正在不斷提供前所未有的暗物質分布線索，暗物質本身依舊是宇宙研究中最棘手的難題之一，其探測與研究極為復雜。 CDG?2 的確認為暗物質主導星系的存在提供了“異常有力”的證據，也開辟了一條通過球狀星團間接識別極端暗星系的新路徑。 研究者表示，這是首次單純依靠鄰近球狀星團就成功定位到的一座星系，同時也是迄今發現的暗物質占比最高的星系之一，為理解宇宙中“看不見的質量”提供了寶貴線索。