哈佛史密森天體物理中心的研究員Ana Bonaca發現，我們的銀河系好像被一種我們無法看見的“黑暗撞擊物”撞出了破洞！天文學家認為，這一神秘的撞擊物可能不是由普通物質構成的，望遠鏡也還沒有直接探測到它。它究竟是什么？
1. 當恒星墜入銀河
4月15日，Bonaca在美國物理學會（APS）會議上展示了她所發現的證據：一系列存在于銀河系的最長星流GD-1上的破洞。星流是一連串圍繞星系運動的恒星，它們曾經可能是一個球狀星團或者矮星系，在星系（比如在這里是銀河系）引力的巨大潮汐作用下，沿著兩個方向被撕裂、拉伸形成了星流。GD-1中的恒星就是在很久以前墜入銀河系的“球狀星團”的殘余，它們在天空中伸展開來，形成一條長長的線。
○ 星流圍繞著銀河系形成一條長長的線。| 圖片來源：NASA
總的來說，GD-1星流應該是一條平滑的線形，除了說天文學家認為在這些恒星被撕裂之前，原先球狀星團所在的位置會出現一個缺口。但Bonaca奇怪地發現，GD-1中還有第二個缺口，而且那道缺口的邊緣非常參差不齊，Bonaca稱它為GD-1的“刺”。整個畫面看起來就像是星流被什么巨大的東西快速擊穿了一樣。
○ 在迄今為止最精確的GD-1星流的圖像中，Bonaca發現了第二個缺口（左側的Gap）和缺口邊緣的“刺”（spur）。| 圖片來源：New Astrophysical Probes of Dark Matter, Ana Bonaca/GAIA
Bonaca表示，他們無法將撞擊物與任何已觀測到的發光物體對應起來，它比恒星要大得多，大約有一百萬個太陽質量。所以基本排除了是恒星導致的可能性。
那么它是否有可能是一個黑洞？Bonaca介紹說，如果它是一個黑洞，那它將會是我們在銀河系中心發現的那種超大質量黑洞。雖然大多數大星系似乎只會有中心的一個超大質量黑洞，但在銀河系中存在第二個超大質量黑洞并非不可能的事。不過如果真的是由黑洞導致的，那么我們應該還能觀察到一些其他跡象，比如耀斑或者來自吸積盤的輻射。
○ （上）觀測到的GD-1星流的實際形態有兩個缺口和一個“刺”；（下）計算機模擬預測的GD-1星流的形態是一條光滑的曲線，只有一個缺口。| 圖片來源：New Astrophysical Probes of Dark Matter, Ana Bonaca/GAIA
它也有可能是一個發光的物體，在”肇事“后已經逃去了銀河系的某個地方。但這種可能性似乎不太高，部分原因是由于這個物體的尺寸是在太大了。它的直徑大約為10到20個秒差距（相當于30到65光年），大概有一個球狀星團那么大。
不過我們很難完全排除它是發光物體這一可能性，因為要真正弄清這一點，研究人員必須知道它在撞擊過程中的移動速度有多快。Bonaca說，它可能移動得非常快，但沒有預想的那么重，就像是一顆“黑暗的子彈”一樣；或者也有可能是它移動得要稍微要慢一些，但質量非常大，就像是一把“黑暗的錘子”。如果不知道這個物體的速度有多快，天文學家就無法最終確定它到底是什么。
○ （上）觀測到的GD-1星流的實際形態；（下）在考慮GD-1星流與一個又大又重的物體相互作用后，計算機模擬預測的GD-1星流的形態中出現了第二個缺口和邊緣的“刺”。| 圖片來源：New Astrophysical Probes of Dark Matter, Ana Bonaca/GAIA
2. 是暗物質嗎？
由于既沒有發現什么巨大而明亮的物體撞擊了GD-1，也沒有證據表明銀河系中存在第二個隱藏的超大質量黑洞，所以一個更顯而易見的選項就是這可能是一大塊暗物質。這一發現讓我們為找到一個真正由暗物質構成的物體燃起了新的希望。
目前，我們還不知道暗物質到底是什么。那些我們能夠看見的發光物質只不過是宇宙中物質的一小部分。從星系聚集在一起的方式來看，似乎有什么很重的東西聚集在它們中心，并產生了巨大的引力。
正因如此，大多數物理學家才認為宇宙中還存在一些其他的物質，一些我們看不見的物質。關于暗物質是由什么構成的，也存在很多不同的觀點，但到目前為止我們都還沒有直接探測到暗物質。
一個由看不見的物質構成的致密球體穿過我們的銀河系，為物理學家提供了新的思路來證明暗物質的存在。而且這將表明暗物質確實是”塊狀的“，正如大多數根據暗物質的行為提出的理論所預測的那樣。
如果暗物質確實呈塊狀，那么它會聚集成不規則的塊狀，粗糙地分布在星系中，很像我們在恒星和星云中看到的發光物質。一些別的理論認為它們不是塊狀的，暗物質在星系中是均勻分布的。還有的理論認為暗物質根本不存在。
3. 為銀河系繪制地圖
Bonaca是依靠蓋亞任務（Gaia）中的數據才作出這一發現的，蓋亞任務是歐洲航天局（ESA）的一個計劃，旨在繪制銀河系中數十億顆恒星以及它們在天空中的運動。Gaia為我們提供了現有的關于GD-1星流的最佳恒星目錄。
通過利用亞利桑那州的多鏡面望遠鏡（MMT）中的觀測數據，Bonaca的這一觀點得到了支持。MMT清晰地顯示了哪些恒星正在向著地球移動，而哪些正在遠離地球。這有助于區分那些真正跟隨GD-1星流移動的恒星，和那些只是出現在GD-1附近的恒星。它為我們提供了迄今為止最精確的GD-1圖像，正是這張圖像揭示了星流中的第二個縫隙、縫隙邊緣的刺，以及此前未被發現的一個區域。
Bonaca的發現是獨一無二的，這是一個非常新的發現，它甚至還沒被發表在同行評審的期刊上。不過這一發現一經公布，就已獲得了許多物理學家的贊賞。Bonaca說，未來她想進行更多的繪制工作，來發現更多類似于這種被黑暗子彈擊穿過的破洞，而她最終的目標將是繪制出整個銀河系的暗物質團塊。
參考鏈接：
[1] https://www.livescience.com/65483-dark-impactor-could-be-dark-matter.html
[2] https://absuploads.aps.org/presentation.cfm?pid=15143
文章來源：原理
IEEE Spectrum
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