暗物质是一种奇特的东西!顾名思义，它是黑暗的，因此很难研究。虽然它是看不见的，但它通过引力影响星系中的恒星。现在，一组天文学家使用哈勃太空望远镜绘制了天龙座矮星系内恒星的运动图，以探测其周围暗物质晕的微妙引力。这张 3D 地图需要研究天龙座星系近二十年的档案数据。他们发现，正如宇宙学模型所预测的那样，暗物质在中心堆积得更多。
暗物质约占宇宙中所有质量和能量的 27%，但只与引力相互作用，不发光。这个想法最初是为了解释星系旋转曲线的差异而提出的，并通过其对可见物质的引力效应被发现。尽管进行了广泛的研究，但暗物质的本质仍然难以捉摸。了解暗物质对于理解宇宙的组成和演化至关重要。
天文学家正在获得一种新工具来帮助他们寻找暗物质。这是 BREAD 设计的效果图，BREAD 代表用于轴子探测的宽带反射器实验。“好时之吻”形状的结构将潜在的暗物质信号汇聚到左侧的铜色探测器上。该探测器足够紧凑，可以放在桌面上。图片由 BREAD 合作组织提供
暗物质经常被描述为将星系凝聚在一起的无形“胶水”。尽管星系主要由暗物质组成，但了解其在星系内的分布情况，有助于我们了解其性质及其与星系演化的关系。计算机模拟预测星系核心处暗物质浓度高，形成密度尖峰。然而，大量观测表明，暗物质似乎更均匀地分布在整个星系中，这与这些模拟结果相矛盾。
为了研究星系中的暗物质，科学家可以分析恒星的运动，这些运动主要受暗物质引力的影响。一种常用方法是利用多普勒效应测量太空中物体的速度——观察恒星靠近或远离地球时光波长的变化。除了靠近或远离我们之外，恒星还可以在天空中移动。这种自运动与视线测量相结合，可以创建恒星的 3D 运动。
天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜研究距离地球约 25 万光年的天龙座矮星系内的恒星动态。之所以选择天龙座星系，是因为作为矮星系，它的体积相对较小，而且据信暗物质的比例高于其他类型的星系。
美国宇航局的哈勃太空望远镜在 2002 年的维修任务后以地球为背景飞行。图片来源：美国宇航局。
他们研究了 2004 年至 2022 年 18 年的观测数据，并根据哈勃收集的大量档案数据，精心绘制了这些恒星的精确三维运动图。这一努力迄今为止对恒星在这个小星系中的运动方式有了最准确的了解。准确了解恒星在星系中的运动方式，可以绘制出暗物质的精确地图。