哈勃望远镜利用恒星运动追踪矮星系中的暗物质

据美国宇航局：暗物质的性质和行为，宇宙中看不见的胶水，继续笼罩在神秘之中。

尽管星系主要由暗物质组成，但了解暗物质在星系中的分布方式，可以为了解这种物质是什么以及它与星系演化的关系提供线索。

虽然计算机模拟表明暗物质应该堆积在星系的中心，称为密度尖点，但许多之前的望远镜观测表明，它在整个星系中分布得更均匀。

模型和观测之间的这种紧张关系的原因继续困扰着天文学家，加强了暗物质的神秘性。

一组天文学家转向美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜，试图通过测量距离地球约25万光年的德拉科矮星系内恒星的动态运动来澄清这一争论。

通过18年的观测，他们成功地建立了对小星系内恒星运动的最准确的三维理解。

这需要查阅哈勃近二十年来对德拉科星系的档案观测。

一组天文学家分析了美国国家航空航天局哈勃太空望远镜在18年的时间里对德拉科矮星系内恒星动态运动的观测结果。

该望远镜的广泛基线和数据档案使该团队能够构建系统内恒星运动的最精确的三维地图。

这些改进的测量有助于揭示暗物质的神秘性质和行为，暗物质是宇宙中看不见的粘合剂。

左图来自数字化巡天（DSS）。

它展示了该地区更广阔的视野。

右侧的两幅图像是哈勃望远镜拍摄的。

图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、爱德华多·维特拉尔、罗兰·范德马雷尔和桑莫·托尼·孙（STScI），DSS；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）的Eduardo Vitral是该研究的主要作者，他说：我们的模型往往更符合尖点状结构，这与宇宙学模型相一致。

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虽然我们不能肯定地说所有星系都包含尖点状的暗物质分布，但拥有如此精确测量的数据是令人兴奋的，这些数据超过了我们以前的任何数据。

绘制恒星运动图为了了解星系内的暗物质，科学家可以观察其恒星及其受暗物质引力支配的运动。

测量物体在太空中运动速度的一种常见方法是多普勒效应——如果一颗恒星接近或远离地球，可以观察到光波长的变化。

尽管这种视线速度可以提供有价值的见解，但从这种一维信息源中只能收集到这么多。

除了离我们越来越近或越来越远，恒星也会在天空中移动，以它们的自身运动来衡量。

通过将视线速度与自身运动相结合，该团队对恒星的3D运动进行了前所未有的分析。

数据的改进和建模的改进通常是齐头并进的，STScI的Roeland van der Marel解释道，他是该论文的合著者，10多年前发起了这项研究。

如果你没有非常复杂的数据或只有一维数据，那么相对简单的模型通常可以适用。

你收集的数据的维度和复杂性越大，你的模型就越复杂，才能真正捕捉到数据的所有微妙之处。

科学马拉松（不是短跑）由于已知矮星系比其他类型的星系含有更高比例的暗物质，该团队专注于Draco矮星系，这是银河系附近一个相对较小的球状卫星。

STScI的Sangmo Tony Sohn是该论文的另一位合著者，也是最新观测项目的首席研究员，他解释说：在测量自身运动时，你会记录一颗恒星在一个历元的位置，然后在多年后测量同一颗恒星的位置。

你测量位移以确定它移动了多少。

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对于这种观测，等待的时间越长，就越能测量恒星的移动。

该团队分析了从2004年到2022年的一系列时期，这是一个只有哈勃才能提供的广泛基线，因为它具有清晰稳定的视野和创纪录的运行时间。

望远镜丰富的数据档案有助于降低恒星自身运动测量的不确定性。

其精度相当于测量从地球上在月球上看到的略小于高尔夫球宽度的年位移。

通过三维数据，该团队减少了先前研究中应用的假设量，并在自己的建模工作中考虑了星系特有的特征，如自转、恒星和暗物质的分布。

令人兴奋的未来为Draco矮星系开发的方法和模型可以在未来应用于其他星系。

该团队已经在分析哈勃望远镜对雕塑家矮星系和小熊座矮星系的观测结果。

研究暗物质需要观测不同的星系环境，还需要跨不同的太空望远镜任务进行合作。

例如，美国国家航空航天局即将推出的Nancy Grace Roman太空望远镜将有助于揭示不同星系中暗物质特性的新细节，这要归功于它能够调查大片天空。

这种研究是一项长期投资，需要很大的耐心，维特拉尔反映道。

我们之所以能够进行这项科学研究，是因为多年来为实际收集这些数据所做的所有规划。

我们收集的见解是一个更大的研究小组多年来一直在研究这些事情的结果。

这些结果已被《天体物理学杂志》接受发表。

哈勃太空望远镜已经运行了三十多年，并继续取得突破性的发现，这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。

哈勃是美国国家航空航天局和欧洲航天局（ESA）之间的国际合作项目。

位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务操作。

位于科罗拉多州丹佛市的洛克希德·马丁航天公司也支持戈达德的任务操作。

位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）由天文学研究大学协会运营，为美国国家航空航天局进行哈勃科学操作。

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