哈勃影像–迈向阐明暗物质难以捉摸的本性的一步

哈勃望远镜强大的灵敏度和分辨率可以捕捉到Abell S1063星系中无数星系中的一种柔和的蓝色混浊，称为簇内光。产生这种光辉的恒星已经从它们的星系中抛出了。这些恒星现在过着孤独的生活，不再是银河系的一部分，而是使自己与整个星团的引力保持一致。天文学家发现，团簇内的光与星团整体引力场中质量分布图的关联使它很好地指示了星团中看不见的暗物质如何分布。学分：NASA，ESA和M.Montes（新南威尔士大学）

根据《皇家天文学会月刊》今天在线发表的一项研究，对哈勃星系图像进行新的观察可能是朝阐明暗物质的难以捉摸的一步迈进的暗物质的本质。暗物质是构成宇宙大部分的不可观测的物质。

天文学家利用哈勃以前在Frontier Fields计划中对六个大型星系团的观察结果，证明了团簇内光（团簇中星系之间的扩散辉光）追踪了暗物质的路径，比现有的观测X射线的方法更准确地阐明了其分布。光。

团簇内部的光是破坏星系结构的星系之间相互作用的副产物。在混乱中，单个恒星被抛弃在自己的星系中的重力系泊中，以使其与整个星团的引力图重合。这也是绝大多数暗物质存在的地方。X射线光指示星系组碰撞的位置，但不指示星团的底层结构。这使它成为暗物质的较不精确的示踪剂。

在其成员星系的强光中，星系MACS J0416.1-2403还发出由不属于任何独立星系的恒星产生的团簇内光的柔和辉光。这些星很早以前就散布在整个星团中，当时它们的家星系被星团的引力所撕裂。无家可归的恒星最终使自己与整体星团的引力对齐。哈勃望远镜独特的灵敏度和分辨率可以捕获微弱的光线，并使用它来跟踪看不见的暗物质的位置，而暗物质在星团的引力场中占主导地位。学分：NASA，ESA和M.Montes（新南威尔士大学）

“集群内光是星系团中暗物质如此出色的示踪剂的原因是，暗物质和形成集群内光的这些恒星都在星团本身的引力上自由浮动，因此它们正好跟随星团自身的引力。这项研究的合著者，澳大利亚新南威尔士大学的米雷亚·蒙特斯（Mireia Montes）说。“我们发现了一种新的方式来查看暗物质应位于的位置，因为您正在追踪完全相同的引力。我们可以用非常微弱的光芒照亮暗物质的位置。”

Montes还强调说，该方法不仅准确，而且更有效，因为它仅利用深度成像，而不是更复杂，耗时的光谱技术。这意味着可以在更短的时间内研究太空中的更多簇和物体，这意味着有更多潜在证据证明暗物质是什么以及其行为如何。

蒙特斯说：“这种方法使我们能够以统计学的方式表征暗物质的最终性质。”

研究合著者，西班牙特内里费岛加那利群岛天文学研究所的伊格纳西奥·特鲁希略（Ignacio Trujillo）说：“这项研究的想法是在观察原始的哈勃前沿影像时引发的，他与蒙特斯一起研究了集群内光已有多年了。“哈勃边疆场以前所未有的清晰度显示了集群内的光线。这些图像令人鼓舞，”特鲁希略说。“不过，我没想到结果如此精确。未来基于太空的研究的意义非常令人兴奋。”

“天文学家使用修正的Hausdorff距离（MHD）（一种用于形状匹配的度量）来测量团簇内光的轮廓与星团的不同质量图的轮廓之间的相似性，这些相似性是作为数据的一部分提供的来自哈勃边疆场项目，该项目位于米库尔斯基太空望远镜档案馆（MAST）中。MHD是两个子集彼此之间有多远的度量。MHD的值越小，两个点集越相似。该分析表明，从钱德拉X射线天文台的先进CCD成像光谱仪（ACIS）存档的观测结果得出，哈勃前沿场图像中看到的集群内光分布与六个星系团的质量分布比X射线发射更好。 。

除了这项初步研究之外，Montes和Trujillo还看到了扩大研究范围的多种机会。首先，他们想增加原始六个聚类中的观察半径，以了解跟踪精度是否成立。他们方法的另一个重要测试将是由更多研究团队观察和分析其他星系团，以增加数据集并确认他们的发现。

天文学家还期待着将相同的技术应用于未来功能强大的天基望远镜，如詹姆斯·韦伯太空望远镜和WFIRST，它们将拥有更灵敏的仪器来分辨遥远宇宙中微弱的团簇内光。

特鲁希略（Trujillo）想测试将该方法从大规模星系团缩减到单个星系的规模。“在银河系尺度上做到这一点真是太棒了，例如探索恒星光晕。原则上，相同的想法应该起作用。由于合并活动而围绕银河系的恒星也应该跟随银河系的引力，从而照亮暗物质的位置和分布。”

哈勃边疆场计划是一项深层成像计划，旨在利用星系团引力的自然放大镜来观察其之外的极为遥远的星系，从而洞悉早期（遥远）的宇宙以及自那时以来的星系演化。在那项研究中，团簇内的漫射光令人烦恼，部分掩盖了遥远的星系。但是，这种微弱的光芒最终可能使天文学的一个重大谜团-暗物质的本质）上的亮点大量散发出来。

出版物：Mireia Montes和Ignacio Trujillo，“集群内光：星系群中暗物质的发光示踪剂”，MNRAS，2018年； doi：10.1093 / mnras / sty2858