2024年天文学家最新研究报告显示：恒星在银河边缘的运行速度更慢

麻省理工学院的物理学家通过对整个银河系中恒星的速度进行计时发现，与靠近银河系中心的恒星相比，银河系盘中较远的恒星的运行速度比预期的要慢。这一发现提出了一种令人惊讶的可能性： 银河系的引力核心可能比之前想象的质量更轻，包含的暗物质更少。

新结果基于研究小组对盖亚和APOGEE仪器所获数据的分析。盖亚是一个轨道太空望远镜，可以追踪整个银河系中超过10亿颗恒星的精确位置、距离和运动，而APOGEE则是一个地面勘测仪器。物理学家们分析了盖亚对 33,000 多颗恒星（包括银河系中最远的一些恒星）的测量结果，并确定了每颗恒星的 "圆周速度"，即恒星在银河系盘中盘旋的速度，同时考虑到恒星与银河系中心的距离。

科学家们将每颗恒星的速度与其距离绘制成旋转曲线--这是天文学中的一种标准图形，表示物质在距离星系中心一定距离时的旋转速度。这条曲线的形状可以让科学家了解整个星系中可见物质和暗物质的分布情况。

"麻省理工学院物理学助理教授莉娜-内奇布（Lina Necib）说："我们非常惊讶地发现，这条曲线在一定距离内保持平缓、平缓、平缓的状态，然后就开始下滑。"这意味着外围恒星的自转速度比预期的要慢一些，这是一个非常令人惊讶的结果"。

研究小组将新的旋转曲线转化为暗物质的分布，从而解释了外围恒星旋转变慢的原因，并发现由此绘制出的银河系核心比预期的要轻。也就是说，银河系中心的密度可能比科学家们想象的要小，暗物质也比想象的要少。

"这使得这一结果与其他测量结果产生矛盾，"内奇布说。"某个地方肯定有蹊跷，能找出蹊跷所在，真正了解银河系的全貌，实在令人兴奋"。

研究小组本月在《英国皇家学会月刊》上报告了他们的研究成果。包括内吉布在内，该研究的麻省理工学院合著者包括第一作者欧小卫、安娜-克里斯蒂娜-埃勒斯和安娜-弗雷贝尔。

与宇宙中的大多数星系一样，银河系也像漩涡中的水一样旋转着，它的旋转部分是由其圆盘中旋转的所有物质驱动的。20 世纪 70 年代，天文学家维拉-鲁宾率先观测到星系的旋转方式不可能纯粹由可见物质驱动。她和她的同事测量了恒星的圆周速度，结果发现旋转曲线出奇地平坦。也就是说，恒星的速度在整个星系中保持不变，而不是随着距离的增加而下降。他们得出结论，一定是有其他类型的隐形物质作用于遥远的恒星，给它们增加了推动力。

鲁宾在旋转曲线方面的研究是暗物质存在的第一批有力证据之一，暗物质是一种不可见的未知实体，据估计，它的数量超过了宇宙中所有的恒星和其他可见物质。

此后，天文学家在遥远的星系中观测到了类似的平坦曲线，进一步证明了暗物质的存在。直到最近，天文学家才尝试用恒星绘制银河系的旋转曲线。

"欧文指出："事实证明，当你坐在星系内部时，要测量旋转曲线是比较困难的。

2019 年，麻省理工学院物理学助理教授安娜-克里斯蒂娜-艾勒斯（Anna-Christina Eilers）利用盖亚卫星早前发布的一批数据，绘制了银河系的自转曲线图。此次发布的数据包括距离银河系中心最远 25 千帕斯卡（约 8.1 万光年）的恒星。

根据这些数据，埃勒斯观察到银河系的旋转曲线似乎是平坦的，尽管有轻微的下降，与其他遥远的星系相似，由此推断，银河系的核心很可能含有高密度的暗物质。但这种观点现在发生了转变，因为望远镜发布了一批新的数据，这次包括了远至30千帕斯卡--距离星系核心近10万光年--的恒星。

"弗莱贝说："在这些距离上，我们正处于银河系的边缘，恒星在这里开始逐渐消失。"没有人探索过物质是如何在银河系外围移动的，在那里我们真的处于虚无之中。

Frebel、Necib、Ou和Eilers利用盖亚的新数据，对Eilers最初的旋转曲线进行了扩展。为了完善他们的分析，研究小组利用阿帕奇点天文台银河演化实验（APOGEE）的测量数据对盖亚的数据进行了补充。APOGEE测量了银河系中70多万颗恒星极其详细的属性，比如它们的亮度、温度和元素组成。

"我们将所有这些信息输入一个算法，试图找出其中的联系，从而更好地估计恒星的距离。"这样我们就能推算出更远的距离"。

研究小组确定了 33,000 多颗恒星的精确距离，并利用这些测量结果生成了一张散布在银河系约 30 千帕秒范围内的恒星三维地图。然后，他们将这张地图纳入一个圆周速度模型，模拟在银河系中所有其他恒星的分布情况下，任何一颗恒星的运行速度。然后，他们将每颗恒星的速度和距离绘制在一张图表上，绘制出银河系的最新旋转曲线。

"这就是奇怪的地方，"内奇布说。

研究小组发现，新曲线并没有像以前的旋转曲线那样出现轻微的下降，而是在外侧出现了比预期更强烈的下滑。这种出乎意料的下滑表明，虽然恒星在一定距离外的运行速度可能一样快，但在最远的距离，它们的运行速度会突然减慢。位于外围的恒星似乎比预期的速度更慢。

当研究小组将这一旋转曲线转化为整个银河系必然存在的暗物质数量时，他们发现银河系核心所含的暗物质可能比之前估计的要少。

"这一结果与其他测量结果相矛盾，"Necib 说。"真正理解这一结果将产生深远的影响。这可能会导致更多隐藏在星系盘边缘之外的质量，或者重新考虑我们星系的平衡状态。我们希望在接下来的工作中，利用类似银河系的高分辨率模拟，找到这些答案"。