咱们的银河系包含了大约1000亿颗恒星,形成了一个扁平的旋转盘。它在过去的几十亿年里经历了多次与其他星系的合并和碰撞,从而形成了现在它的结构和组成。
其中最重要的一次碰撞,就是与被称为“香肠星系”的矮星系的相撞。香肠星系是一个比银河系小得多的星系,它的质量大约是太阳的100亿倍,相当于银河系的1%。它的名字来源于它的恒星轨道的形状,它们几乎都是沿着银河系半径的方向,形成了一个狭长的香肠状。
香肠星系是从一个非常刁钻的角度撞进银河系的,它的轨道非常偏心,而且很快就被银河系的引力撕裂了,然后就被消化成了银河系的养分。
这次碰撞发生在大约80至100亿年前,当时的银河系还是一个年轻的星系,它的银盘还没有完全形成。香肠星系的撞击造成了极大的骚乱,它的恒星、气体和暗物质都被甩到了银河系的内部,与银河系的原有成分混合。
这次碰撞永久性地重塑了银河系的银盘的结构,使其变得更厚更扭曲,甚至出现了“骨折”。同时,香肠星系的残骸也形成了银河系中心的球状隆起和周围的恒星晕,这些都是银河系的重要特征。
香肠星系的残骸并没有完全消失,它们仍然在银河系内部留下了一些痕迹。科学家们通过观测银河系的恒星的位置、速度和化学成分,发现了一些与香肠星系有关的证据。
英国剑桥大学的科学家们发现了至少8个球状星团,它们是由香肠星系带进银河系的,因为小星系通常没有自己的球状星团。这些球状星团的名字都以“盖亚(Gaia Sausage)”开头,用来纪念欧洲空间局的盖亚卫星。
之前提到的黑暗团流区,被科学家们称为S1流。
S1流的发现是通过欧洲空间局的盖亚卫星的数据进行的,盖亚卫星可以测量数十亿颗恒星的位置和运动。通过分析Gaia卫星的第二批数据,科学家们发现了一些异常的恒星,它们的速度与周围的恒星不一致,而且它们的化学成分也有所不同。
这些恒星被认为是S1流的一部分,它们的数量大约有3万颗,占银河系恒星总数的0.1%。
这些团流区是由一些相互靠近的恒星组成的,它们的运动方向和速度都很相似,但是与银河系的其他恒星不同。科学家们认为,这些团流区是被银河系吞噬的香肠星系的残骸。
那所谓的暗物质飓风又和这些黑暗流团有什么关系呢?
要了解这个问题,我们得先来简单认识下暗物质,在我们生活的世界里,目之所及的一切,包括各种星体,都是由普通的物质构成的。简单的说,比如原子、分子、电子等。它们都与光反应,所以我们看到的世界是有形的。
但暗物质是一种不与电磁力产生作用的物质,也就是不会吸收、反射或发出光。人类目前只能透过重力产生的效应得知暗物质的存在,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
暗物质的名称是相对于可见物质而言的,这种不可见物质,并不一定是黑暗的,只是我们人类的眼睛和仪器无法直接看到它,现在关于它的图片全部都是构想图。
暗物质的本质是什么,它是由什么样的粒子构成的,它是如何形成和分布的,这些都是物理学和天文学中的重大未解问题。
既然暗物质看不见,那么最开始人类是怎么发现暗物质的呢?这得从上世纪二十年代开始说起。这一时期星系天文学刚刚兴起,人们开始认识到我们所在的银河系并不是宇宙的全部,在银河系之外还有众多其他的星系。
正如恒星会在引力的作用下聚集形成星系,星系之间也会在由于引力而结团形成更大的星系团结构。引力也就决定了它们的运动速度,根据引力科学家就使用三种主要的方法来测量星系的质量:时间参数法,丰度匹配法,和动力学法。
时间参数法测量两个星系相互靠近的速度,并用这些动力学信息来预测质量。丰度匹配法利用星系的光度和恒星形成率与质量的关系来估算质量。动力学法利用星系内部或外部的物质(如恒星、气体、卫星星系、引力透镜等)的运动来计算质量。
如果星系团中的大多数物质是发光的,那么这两种质量应当不相上下。在三十年代,天文学家Zwicky和Smith却发现了一件不可思议的事:某些星系团的光度质量实际上远小于其动力学质量。
也就是说,宇宙中发光物质或者说可见物质的总量可能要远少于不发光的物质。这些不发光的物质不参与电磁相互作用,没有任何电磁信号,人们只能通过其庞大的引力效应去感受它们,这就是暗物质最初的观测证据。
所谓的暗物质飓风,顾名思义就是大量的暗物质汇聚高速流动的不可见,不可触洪流。很多文章都在说,我们冲进了银河系的黑暗流团,还引用了萨拉戈萨大学的Ciaran O'Hare及其同事的一篇科学文章。
但经过笔者的查证他们的说法是对文章的误读,这篇文章并没有声称我们的地球已经冲进了银河系的黑暗流团,并且正在经历暗物质飓风。
文章只是说如果计算出的轨迹模型没有问题的话,这股所谓的暗物质飓风有可能经过我们的太阳系附近。作者估计,S1中的暗物质的密度约为10^-6 kg/m^3,远低于我们太阳系中普通物质的密度。