在使用美國宇航局（NASA）即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行的兩(liang) 項獨立研究中，一組天文學家將觀察銀河係和附近仙女座星係的矮星係同伴，研究這些矮星係將幫助科學家了解星係的形成和暗物質的性質，暗物質被認為(wei) 占宇宙中大約85%的物質。在第一項研究中，該研究團隊將通過測量銀河係兩(liang) 顆矮星的運動來獲得有關(guan) 暗物質的信息。在第二項研究中，將研究大星係仙女座星係周圍四個(ge) 矮星係的運動。

這將有助於(yu) 確定仙女座一些衛星星係是否在一個(ge) 平麵內(nei) 運行，就像我們(men) 太陽周圍的行星一樣，這將對理解星係的形成有重要意義(yi) 。這兩(liang) 個(ge) 項目的首席研究員是馬裏蘭(lan) 州巴爾摩空間望遠鏡科學研究所(STSCI)的Roeland van der Marel。離我們(men) 銀河係最接近的星係是伴矮星係，比銀河係小得多，van der Marel和團隊計劃研究其中兩(liang) 個(ge) 矮星係Draco和Sculptor中恒星的運動，恒星軌道可能由每個(ge) 星係中暗物質產(chan) 生的引力控製。

觀測銀河係伴星係中的恒星運動

通過研究恒星的運動方式，研究人員將能夠確定暗物質在這些星係中的分布情況。宇宙中的結構是如何形成的，取決(jue) 於(yu) 構成宇宙中大部分質量的暗物質的性質。知道暗物質存在，但我們(men) 不知道這些暗物質到底是由什麽(me) 組成。隻知道宇宙中有某種具有引力性質的東(dong) 西，它會(hui) 拉動物體(ti) ，但並不真的知道它是什麽(me) 。該小組將研究暗物質在矮星係中心的分布，以確定這種神秘現象的溫度特性，如果暗物質是“冷暗物質”，那麽(me) 它在星係中心附近的密度將非常高。

如果暗物質是“暖暗物質”，它將在接近銀河中心的整個(ge) 區域中變得更加均勻。與(yu) 此同時，韋伯太空望遠鏡近紅外相機(NIRCam)將研究Draco和Sculptor的中心，另一台儀(yi) 器，近紅外成像儀(yi) 和無縫隙光譜儀(yi) (NIRISS)，將探測矮星係的外圍。這些同步觀測將提供一些關(guan) 於(yu) 恒星如何在矮星係中心和外圍不同移動的洞察。它們(men) 還將能進行同一星係的兩(liang) 個(ge) 獨立測量，以檢驗任何係統或儀(yi) 器的影響。由於(yu) 韋伯太空望遠鏡的光收集麵積，大約是美國宇航局哈勃太空望遠鏡的六倍，因此該團隊可以測量比哈勃所能看到微弱得多的恒星運動。

研究矮星係伴星對仙女座的運動

一項研究中包含的恒星越多，研究小組就能越準確地對影響它們(men) 運動的暗物質進行建模。仙女座星係是距離我們(men) 銀河係最近的大鄰居星係，它和銀河係一樣，有許多矮星係伴星。van der Marel和研究團隊計劃研究這些矮星係中的四個(ge) 是如何圍繞仙女座星係運動，以確定它們(men) 是否在空間中的平麵內(nei) 分組，或者它們(men) 是否在圍繞仙女座星係四麵八方移動。與(yu) 第一個(ge) 觀測項目不同的是，該團隊並沒有試圖測量矮星係內(nei) 的恒星如何運動。

在這項研究中，研究試圖確定矮星係作為(wei) 一個(ge) 整體(ti) 是如何圍繞仙女座移動的，這將提供對大星係通過吸積和積累較小星係而形成過程的洞察，以及這一過程的確切運行原理。在大多數模型中，圍繞在較大星係周圍的矮星係不會(hui) 位於(yu) 平麵內(nei) 。通常，科學家們(men) 會(hui) 期望矮星係以隨機的方式繞著更大星係飛行。慢慢地，這些矮星同伴會(hui) 失去能量，並被吸積到更大的星係中，而這個(ge) 星係還會(hui) 變得更大。然而，對於(yu) 銀河係和仙女座星係來說，有幾項研究表明，至少有一部分矮星係位於(yu) 一個(ge) 平麵上，甚至可能在該平麵內(nei) 旋轉。

確定這是否屬實的方法之一是測量他們(men) 的三維運動，如果運動實際上是在平麵上，那就意味著矮星係將停留在平麵上。但是，如果伴矮星看起來在一個(ge) 平麵上，但他們(men) 的運動是在各個(ge) 方向上，這將表明一種偶然的排列，而不是一個(ge) 持久的結構。如果矮星係真的在一個(ge) 平麵上，這可能意味著幾件事中的一件。有可能是很大一部分矮星同伴作為(wei) 一個(ge) 單獨的群體(ti) 落入了仙女座星係軌道。如果是這樣的話，矮星將保留他們(men) 一起墜入的“記憶”，並且他們(men) 現在將表現出類似的動力學性質。

另一種可能性是仙女座的矮星係形成了所謂的“潮汐矮星係”，這些被引力束縛的氣體(ti) 和恒星集合是在大型螺旋星係之間的合並或相互作用過程中形成，它們(men) 的質量與(yu) 矮星係一樣大，但並不像科學家認為(wei) 的那樣由暗物質主導，因為(wei) 我們(men) 周圍的大多數矮星係都是這樣。兩(liang) 個(ge) 大星係與(yu) 大量氣體(ti) 的合並可能會(hui) 形成一些最終形成單一平麵結構的矮星係，但這將是不尋常的，因為(wei) 科學家們(men) 不認為(wei) 潮汐矮星係是宇宙中占主導地位的矮星係類型，人們(men) 通常知道矮星係是在稱為(wei) 暈的暗物質雲(yun) 內(nei) 部形成。

韋伯的極高精確度

這兩(liang) 種情況都可能意味著星係的形成可能比研究人員有時認為(wei) 的更複雜。這兩(liang) 種情況都會(hui) 對發展星係形成理論模型的科學家提供額外的限製。在這兩(liang) 個(ge) 項目中，研究團隊將把韋伯太空望遠鏡的精確度推到極限，這是一個(ge) 非常棘手的情況，因為(wei) 基本上我們(men) 想要測量的是非常微小的運動，即想要達到的精度就像從(cong) 地球上看到在月球表麵每年移動幾英寸的東(dong) 西。這兩(liang) 項研究都是分配給韋伯望遠鏡科學家馬特山團隊的保證時間觀測(GTO)計劃；

他也是總部設在華盛頓特區的大學天文學研究協會(hui) (AURA)的主席，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將於(yu) 2021年發射升空，屆時將成為(wei) 世界上首屈一指的空間科學觀測站，韋伯將能解開太陽係中的奧秘，超越其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們(men) 宇宙的神秘結構和起源，以及我們(men) 在其中的位置。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是由美國宇航局（NASA）及其合作夥(huo) 伴歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局領導的一個(ge) 國際項目。

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博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

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