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约5.7亿光年外现九环星系:碰撞理论遇挑战,暗物质轴子或成新解

时间:2026-06-21 19:15:01来源:快讯编辑:快讯

在浩瀚宇宙中,距离地球约5.7亿光年处,一个名为“靶心星系”的特殊天体正挑战着人类对星系演化的认知。这个由哈勃望远镜捕捉到的星系,因外观酷似射箭靶心而得名——中心被层层叠叠的圆环包裹,形成罕见的九环结构。此前,人类观测到的环状星系最多仅有三道环,这一发现直接刷新了天文学界的记录。

传统理论认为,环状星系的形成源于小星系与大星系的剧烈碰撞。当小星系垂直撞击大星系中心时,撞击产生的密度波会像湖面涟漪般向外扩散,将气体和恒星推至环形区域,最终形成单环或双环结构。这一模型曾成功解释多数已知环状星系,因此科学家最初推测靶心星系的九环可能是多次撞击的结果。研究团队甚至锁定了一个距离靶心星系13万光年的蓝矮星系作为“肇事者”,认为其约5600万年前与靶心星系中心相撞,引发了多道密度波。

然而,这一假设在数学计算面前迅速崩塌。靶心星系最外层环的半径达22.8万光年,若按碰撞理论,密度波需以每秒55公里的速度扩张才能形成当前结构。但5600万年的时间跨度下,这一速度远不足以让外环抵达现有位置。即使将撞击时间延长至1亿至2亿年(密度波理论上的最长存续时间),所需速度仍需达到每秒340公里,远超实际观测值。碰撞理论还面临两大硬伤:靶心星系内侧四道环边界清晰,与模型预测的模糊重叠现象矛盾;且疑似“肇事者”的蓝矮星系速度不足,无法满足碰撞理论对撞击速度的要求。

2026年6月,《天体物理学杂志》发表的一项研究提出了颠覆性解释——靶心星系的九环可能源于暗物质轴子的独特行为。轴子是一种极轻的暗物质候选粒子,几乎不与普通物质相互作用。研究假设,若暗物质由轴子构成,它们会在星系引力场中通过引力相互作用达到热平衡,形成一种名为“玻色-爱因斯坦凝聚态”的量子态。此时,无数轴子粒子会进入统一的最低能量状态,如同静止的量子液体。

暗物质普遍包裹着星系,形成暗物质晕。处于凝聚态的轴子会在星系引力场中规律运动:它们整体向内坠落,却因携带旋转角动量无法直接落入中心,而是在距离中心最近的位置折返。这些折返点上,暗物质会密集聚集,形成看不见的“焦散环”。不同角度的轴子粒子会在不同位置聚集,最终呈现为一圈圈圆环。高密度的暗物质环通过引力吸引周围的气体和尘埃,触发恒星持续形成,使原本不可见的暗物质环转化为发光的恒星环。

这一模型与靶心星系的观测特征高度吻合:暗物质晕伴随星系形成始终,不存在时间限制,因此能解释九环的长期存在;暗物质环的半径与环序号成反比,越向内间距越小,与实际观测的环分布一致;暗物质环扩张速度仅几公里/秒,与恒星形成的时间尺度契合;甚至环并非完美同心的细节,也能通过不同暗物质流的视差得到解释。不过,该理论仍停留在假设阶段——轴子尚未被直接探测到,暗物质的玻色-爱因斯坦凝聚也缺乏实验证据。

为验证这一猜想,研究团队提出了两种方法:一是精确测量环的扩张速度,碰撞环扩张速度远快于暗物质环,数据可直接区分两者;二是在更多孤立盘状星系中寻找多环结构,若此类结构普遍存在,则难以用碰撞这种小概率事件解释。靶心星系的九道神秘圆环,或许正成为揭开暗物质本质的关键线索。

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