像银河系和仙女座星系这样的巨型星系主要由外来暗物质组成。但即使是我们银河系的普通物质也呈现出一个谜题,因为大部分物质已经消失,科学家们至今仍未发现。然而,现在,通过观察一个星系穿越银河系的外围,天文学家已经估计了银河系明亮圆盘周围的气体量,发现这种物质超过了我们银河系中所有的星际气体和尘埃。
对宇宙微波背景——大爆炸后的余辉——的测量表明,宇宙中六分之一的物质是普通的,杏耀或重子的,包含质子和中子(物理学家称之为“重子”),就像恒星、行星和人类一样。根据绕银河系运行的遥远天体的运动,天文学家估计我们的银河系大约是太阳质量的一万亿倍。如果这种物质的六分之五是暗物质,那么这种奇异物质构成了我们星系8300亿个太阳质量;剩下的1700亿应该是重子物质。
问题是,我们银河系所有已知的恒星和星际物质加起来只有大约600亿个太阳质量:500亿个恒星和100亿个星际气体和尘埃。(银河系有1000多亿颗恒星,但大多数都比太阳小。)这就留下了高达1100亿太阳质量的普通物质下落不明。如果银河系的质量比目前估计的还要大,那么这个缺失的重子问题就会变得更糟——同样的难题也会困扰其他巨型星系。
失踪的重子在哪里?也许是在银河系周围弥漫的气体晕中。x射线卫星已经在我们的星系中发现了氧原子,它们失去了8个电子中的大部分,这表明它们栖息在数百万度高温的气体中——远比太阳表面热得多。但由于我们不知道这些燃烧的氧原子离我们有多远,我们就无法准确地测量星系中这个部分的大小。如果它们非常接近圆盘,那么这个所谓的环绕星系的介质就不广泛,因此也就没有什么意义。但如果它们在遥远的地方,散布在一个巨大的光环中,这些气态物质可能会超过银河系中所有的恒星,为未来数十亿年的恒星形成提供燃料。
幸运的是,对天文学家来说,银河系是如此强大,它统治着一群围绕它旋转的小星系,就像卫星围绕着一颗行星一样。最壮观的卫星星系是大麦哲伦星云,距地球16万光年。像所有其他的星系卫星一样,这颗卫星绕着银河系运行,但与大多数同类卫星不同的是,它充满了气体,当它撞击到光环自身的气体时,气体会被剥离。损失的气体量取决于我们邻居移动的速度和晕气体的密度。这种密度可以用来估算光环气体的质量。
最近,哈勃太空望远镜测量了银河系的速度。这使得哥伦比亚大学的天文学家穆尼尔·塞勒姆、亚利桑那大学的古尔蒂娜·贝斯拉和他们的同事研究了被剥离的气体,并估计在大麦哲伦星云附近的银河系晕的气体密度是每立方厘米0.0001个原子。这并不多——只是比银河系中星际气体稀薄一万倍——但是光环覆盖了大量的空间。在提交给《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)发表的研究报告中,天文学家们假设,随着距离银河系中心的距离增加,气体密度会下降,并计算出,这些气体加起来有260亿个太阳质量,接近银河系所有恒星质量的一半。密歇根大学(University of Michigan)的研究生马修·米勒(Matthew Miller)正在完成有关环绕星系介质的论文。他表示,这个数字与之前的估计相符,但它是基于对密度的更直接测量。
尽管如此,最新计算出的晕气体质量只占银河系中预期重子含量的15%。贝斯拉说,光环气体的真实数量可能更大,因为它的密度随距离下降的幅度可能比标准模型假设的要小。米勒怀疑,失踪的重子可能完全不在银河系中,因为它们从未与暗物质一起落入我们的星系,
杏耀客服q3451-8577 ,在这种情况下,它们正在巨大的星系之间的广阔空间中漂移。
贝斯拉预测,未来的工作可能会产生更好的衡量方法。另一个气体丰富的星系——距离地球20万光年的小麦哲伦星云——围绕着大麦哲伦星云运行。它们的舞蹈将气体溢出到一条超过50万光年长的溪流中。贝斯拉说,这些麦哲伦星云的大部分延伸到大麦哲伦星云之外,因此应该能探测到其他地方的光环气体密度,杏耀网址从而进一步限制了环绕星系介质的质量。
事实上,地球上的天文学家是幸运的:他们居住在为数不多的巨型星系之一,附近有两个气体丰富的卫星星系。“这个系统为我们提供了如此多的信息,真是令人惊讶,”贝斯拉说。相比之下,所有环绕一个更典型的巨型星系运行的卫星都耗尽了气体,任何一个在那里的天文学家都可能默默羡慕银河系里的同行们。