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哈勃太空望远镜拍摄的图像展示了用方框标注出的球状星团恒星流。

图片来源：哈勃太空望远镜及霍尔姆等人（时间未明确给出）。

在1.15亿光年外的一个暗淡星系周围，一条如幽灵般的恒星带盘绕其中，这为天文学家提供了一种全新的难得方式，来追踪宇宙中最难以捉摸的成分之一：暗物质。

该薄结构环绕着UGC9050Dw1，这是一个距地球约1.15亿光年的超弥散星系。

研究人员表示，这是在另一个星系中首次发现的已知球状星团恒星流，这将一种研究引力和暗物质的强大技术应用范围拓展到了远超我们银河系邻近区域之外的地方。

这项发表在《自然》杂志上的研究成果来自一个国际团队，西北大学天体物理学家蒂茨克斯塔克伦堡也是该团队成员之一。

哥本哈根大学的朱莉基尔霍尔姆和丹麦技术大学的莎拉皮尔森共同领导了这项研究。

这个发现之所以特别有价值，是因为这条星流不仅仅是一堆位移的恒星。

它的形状保存着这些恒星所经过的引力环境的信息，实际上为天文学家提供了一种可见的示踪物，用来追踪原本不可见的质量。

一条恒星流揭示了隐藏的暗物质

恒星流中的恒星几乎都沿着相同的轨道运行，而该轨道是由星系的引力塑造的，西北大学的TjitskeStarkenburg（该研究的合著者）表示。

通过对这种引力进行建模，我们可以估算出星系的总质量。

我们已经大致知道这些质量中有多少来自恒星等可见物质，因此其余部分一定是暗物质。

斯塔肯伯格是西北大学天体物理跨学科探索与研究中心的助理研究教授，专长于河外天文学。

球状星团是紧密的、受引力束缚的星团，包含大量的恒星。

但它们也无法摆脱其绕转星系引力的影响。

随着时间的推移，主星系会将恒星从星团中拉扯出来。

那些逃逸的恒星往往会停留在星团轨道附近，而非朝四面八方分散，它们会逐渐伸展形成狭窄的前导和尾随星流。

这样的结构可以存在数十亿年。

星团如何变成恒星流

这种有序运动正是星流在科学上如此有用的原因。

因为它们的轨迹会对星系的引力场作出反应，所以它们的形状能够揭示质量的分布方式，包括无法直接观测到的质量。

UGC9050Dw1提供了异常有利的条件。

研究合著者大卫桑德和凯瑟琳菲尔德都是亚利桑那大学的天文学家，他们曾利用美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的存档观测数据开展研究。

研究合著者大卫亨德尔在查看该星系已发表的图像时，注意到一个狭窄、弯曲的特征，其外观与恒星流惊人地相似。

哈勃观测到UGC9050Dw1周围的一条流

该星系的弥散特性使这一发现成为可能。

超弥散星系包含的可见恒星相对较少，且分布在大片区域，形成了一个暗淡的背景，在这个背景下，一条极其微弱的星流能够凸显出来。

UGC9050Dw1本就是一个引人关注的目标。

早期利用哈勃望远镜和射电观测进行的研究发现，它外形扭曲，有显著的恒星羽流，并且球状星团的数量异常丰富。

研究人员估计，它约有52个球状星团，这些星团约贡献了该星系总光度的20%。

其独特的结构也让天文学家推测，它可能是矮星系合并或其他强烈相互作用后的残余天体。

球状星团的丰富性使得新发现的星流不那么令人惊讶，但重要性丝毫不减。

暗物质约占宇宙物质总量的85%，但它不会以传统望远镜能直接探测到的方式发射、吸收或反射光。

相反，它的存在是通过其对恒星、星系和更大尺度宇宙结构的引力影响推断出来的。

利用恒星流绘制暗物质分布图

恒星流提供了一种异常灵敏的方式来追踪那种影响。

该星流的形状、颜色及其与致密天体的明显联系，均支持它起源于球状星团这一结论。

这些模型也倾向于认为存在一个嵌入大质量暗物质晕中的星系，这为研究人员所说的、首个从星流中得出的对超弥散星系晕的约束提供了依据。

我们的研究结果与先前关于这个超扩散星系中暗物质的研究及其结论一致，基尔霍尔姆说。

我们正在使用一种针对这类星系的全新工具对其进行测量，这表明该方法在我们所在的星系之外也同样有效。

对遥远星系中暗物质的新测试

这个结果很重要，因为超扩散星系已成为暗物质理论的重要测试场。

尽管它们外观暗淡，但可能具有截然不同的推断暗物质特性，天文学家仍在争论这些不寻常的星系是如何形成和演化的。

这条新流提供了一种独立的方法来研究那种隐藏的质量。

测量星系的总质量只是一种可能性。

足够稀薄的恒星流也可以充当宇宙探测器。

如果致密的暗物质团靠近或穿过该恒星流，其引力会扰动恒星，可能产生间隙、团块或其他不规则现象。

相关知识

幽灵星流是银河系内的一种恒星流，由被银河系引力潮汐力撕裂的矮星系或球状星团残骸形成。

它早期因亮度低、分布弥散难以被观测，故而得名幽灵，为研究银河系的结构、演化及暗物质分布提供了重要线索。

暗物质可能会在星流中留下痕迹

关于暗物质的不同理论可以预测出不同数量和分布的小型暗物质结构。

因此，恒星流有可能在仅靠星系本身难以研究的尺度上对暗物质进行检验。

研究人员已经在开发从外部星系周围的恒星流中提取暗物质晕结构信息的方法。

目前，UGC9050Dw1是一个单一的例子。

找到更多这样的流将使科学家能够比较不同星系中的暗物质环境，而不是主要依赖银河系。

这个机会可能很快会大幅扩大。

欧洲空间局的欧几里得任务和美国国家航空航天局的南希格蕾丝罗曼太空望远镜旨在观测比哈勃望远镜能有效覆盖的范围大得多的天空区域。

尤其是罗曼望远镜，长期以来被认为是寻找邻近星系中球状星团流以及探测其中微小扰动的有前景的工具。

令人兴奋的是，我们利用哈勃空间望远镜已有的数据，在银河系之外的一个星系周围发现了一条稀薄的恒星流，并利用地面望远镜的数据证实了这一发现，斯塔尔肯伯格说，这让我们对即将投入使用的新型望远镜充满期待，比如罗曼空间望远镜，它的观测视野是哈勃空间望远镜的100倍。

这项研究得到了维勒姆基金会、欧盟、美国国家科学基金会和美国国家航空航天局的支持。

相关知识

幽灵星流并非广为人知的通用概念。

从字面推测，它可能是某部科幻作品、游戏里设定的特殊星流现象，或许带有神秘、奇幻色彩，像是一种能跨越星系的幽灵般神秘能量流，对所处的宇宙环境产生独特影响。

BY: Amanda Morris, Northwestern University

FY: AI

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