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哈勃太空望远镜拍摄的图像显示了被方框勾勒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相关研究

一条幽灵般的恒星带环绕着一个距我们1.15亿光年的暗淡星系，这为天文学家提供了一种难得的新方法来追踪宇宙中最难以捉摸的成分之一——暗物质。

这个纤细的结构环绕着UGC9050Dw1——一个距离地球约1.15亿光年的超漫射星系。

研究人员表示，这是在另一个星系中发现的首个已知球状星团恒星流，将研究引力和暗物质的强大技术拓展到了我们银河系邻近区域之外。

这一发表在《自然》杂志上的研究成果来自一个国际团队，其中包括西北大学天体物理学家蒂茨克斯塔肯伯格。

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。

这一发现之所以特别有价值，是因为这条星流不仅仅是一群位移恒星的集合。

它的形状保留了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，用以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）说。

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。

斯塔肯堡是西北大学跨学科探索与天体物理学研究中心的研究助理教授，专攻河外天文学。

球状星团是紧密的、由引力束缚的星团，包含大量恒星。

但它们也无法摆脱其所环绕星系引力的影响。

随着时间的推移，主星系会将恒星从星团中拉走。

这些逃逸的恒星往往会保持在星团轨道附近，而不是向各个方向散射，逐渐延伸成狭窄的前导流和尾流。

这类结构可以存在数十亿年。

星团如何演变成恒星流

这种有序的运动正是恒星流具有重要科学价值的原因。

由于它们的轨迹会对星系的引力场做出反应，其形状可以揭示质量的分布方式，包括无法直接观测到的质量。

天文学家已经在银河系中确认了数十个球状星团流。

在另一个星系周围找到类似结构要困难得多，因为遥远的星团流表面亮度极低。

UGC9050Dw1提供了异常有利的条件。

该研究的共同作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资料开展研究。

而研究的另一位共同作者大卫亨德尔在查看已发表的星系图像时，注意到一个狭窄的弯曲特征，它看起来极像一条恒星流。

哈勃望远镜观测到UGC9050Dw1周围存在一条流状结构

该星系的弥散特性使这一发现成为可能。

超弥散星系在大面积区域内包含相对较少的可见恒星，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早已是一个引人关注的目标。

此前利用哈勃望远镜和射电观测开展的研究发现，它外观扭曲，拥有显著的恒星羽流，以及异常丰富的球状星团种群。

研究人员估计它包含约52个球状星团，这些星团贡献了该星系总光度的大约20%。

其异常的结构也让天文学家推测，它可能是矮星系合并的遗迹，或是其他强相互作用的结果。

球状星团的丰富存在使得新发现的星流不那么令人惊讶，但同样重要。

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

相反，它的存在是通过其对恒星、星系和更大宇宙结构的引力影响来推断的。

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。

在确定UGC9050Dw1周围的结构后，研究人员生成了数千个计算机模拟。

他们改变了原始球状星团的属性以及整个星系的物质分布，然后将模拟的流与观测中看到的弧进行了对比。

该星流的形状、颜色及其与致密天体的明显关联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，这为研究人员提供了他们所描述的、首个从恒星流中得出的对超扩散星系晕的约束条件。

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

我们正在使用一种全新的工具来测量这类星系中的暗物质，这表明这种方法在我们银河系之外也同样有效。

对遥远星系中暗物质的一项新测试

结果很重要，因为超弥散星系已成为暗物质理论的重要试验场。

尽管外观暗淡，但它们可能具有截然不同的暗物质推断属性，天文学家仍在继续争论这些奇特星系是如何形成和演化的。

这条新发现的星流为研究那些隐藏的质量提供了一种独立的方法。

测量星系的总质量只是一种可能性。

足够细的恒星流也可以充当宇宙探测器。

如果一个致密的暗物质团块靠近或穿过恒星流，它的引力会干扰恒星，有可能产生间隙、星团或其他不规则现象。

相关知识

幽灵星流是银河系内的一条恒星流，由某个矮星系被银河系引力潮汐撕裂后，其恒星沿轨道散布形成。

它的发现有助于研究银河系的结构演化及暗物质分布，为理解星系并合历史提供了重要线索，是天文领域探索星系相互作用的典型研究对象。

暗物质可能会在星流中留下痕迹

关于暗物质的不同观点可以预测小型暗物质结构的数量和分布存在差异。

因此，恒星流有可能在仅用整个星系难以研究的尺度上测试暗物质。

研究人员已经在开发从河外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代表一个单一的例子。

找到更多这样的流能让科学家比较不同星系中的暗物质环境，而不是主要依赖银河系。

那个机会可能很快会大幅增加。

欧洲航天局的欧几里得任务和美国国家航空航天局的南希格雷斯罗曼太空望远镜旨在对天空中比哈勃太空望远镜能够有效覆盖的区域大得多的部分进行巡天观测。

特别是罗曼太空望远镜，长期以来一直被认为是在邻近星系中寻找球状星团流以及探测其中微小扰动的有前景的工具。

我们利用已有的哈勃太空望远镜数据在银河系以外的星系周围发现了一条稀薄的恒星流，并通过地面望远镜数据进行了确认，这太令人兴奋了，斯塔尔肯伯格说，这对即将投入使用的新望远镜来说非常有前景，其中包括能观测到比哈勃望远镜大100倍区域的罗曼太空望远镜。

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

幽灵星流是银河系内的一条恒星流，由被银河系引力潮汐力撕碎的矮星系残骸组成，包含众多古老恒星。

早期因观测技术限制难以被清晰探测，如同幽灵般隐匿，后通过天文观测被发现，为研究星系并合与演化提供了重要线索。

BY: Amanda Morris, Northwestern University

FY: AI

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