银河系的宝贝

——果真有不可见星系围绕银河系旋转？

摘自《时代周刊》

作者：麦克·莱蒙尼克

译者：林忆纾

导读：在银河系形成150亿之后，科学家发现了围绕银河系旋转的“不明物质”。但由于技术落后，研究人员短缺，使得探索之路不断受阻。近来，《自然》杂志报道了美国学者最新研究，他们在没有超大望远镜的前提下，借助爱因斯坦的伟大理论，终于探寻出“不明物质”之谜。

除非是天文盲，常人对银河系(Milky Way)多少都会有所了解。这条我们所居住的星系，遨游宇宙之中，并不孤单，只不过给一窝矮星系抢去风头。矮星系有十二条之多，又小又暗，你可能会想，一群小崽子围在妈妈左右嗷嗷乱叫。不妨睁大双眼，你会看到一条更大的星系，名曰“本星系群”——6条星系，近30个矮星组成。

或许就连骨灰级天文爱好者也想不到，这副画面竟然有误。麻省理工学院天文物理学家西蒙娜指出：“根据宇宙学理论，本星系群实包括数千条矮星系”，宇宙形成之时，天昏地暗，随后几大星系形成，同时也造成大量星系碎片（这里指冷暗物质组成的小星系）【译者注：冷暗物质(指看不见的粒子、觉察不到的密集尘埃和气体、或宇宙的其他组成部分)，冷黑体(指黑体的无序运动比光速慢得多)】

西蒙娜指出，实际上人类是观察不到这些星系的，原因有三：其一，星光过于微弱，不易肉眼观察；其二，本地星系所邻星系存在异常，人类无法用知识解释；其三，从理论上看，三十年多来，人类解释这些现象根本上就是错误的。如果真是如此，情况将很严峻。

最靠谱的解释是第一个，即人类无法观察到星系。果真如此，西蒙娜及同事早已将隐藏的星系“一一揪出 ”。近期《自然》杂志上刊载了他们的小组报告：凭借创造性技术，西蒙娜团队发现并定义了一小群星系，它们位于可见宇宙中，数量相当于1.13亿个太阳（银河系有1亿多行星）。既然能观察到100亿光年以外的宇宙构成，这项技术也可以用于近距离观察，使暗弱星系尽收眼底。

为了观察遥远的矮星，天文学家纷纷前往夏威夷使用凯克双子天文望远镜。每块主透镜口径达33英尺宽（11米），聚光机器无出其右。由于角分辨率不理想，科学家便在望远镜上配置自适应光学系统，一来便避免了大气湍流的影响。【译者注：望远镜的口径（聚光能力）和角分辨率（图像的清晰度）。对于一架在太空中使用的性能绝佳的望远镜来说，分辨率直接与口径的倒数成正比。从遥远星球发出的平面波波前将被望远镜转换成完美的球面波波阵面从而成像。像的角分辨率只受到衍射的限制--我们可以称之为衍射极限。】

尽管如此，情况还是不理想。西蒙娜无奈道“如不借助欧洲超大天文望远镜，根本无法直接观测到矮星系”。【译者注： 目前全世界提出了多个巨型望远镜计划。这些巨型望远镜的特点是：口径20至50米；主镜由子镜拼接而成；观测波段从近紫外到中红外；有自适应光学系统，在近红外区达到衍射极限。】这台巨大望远镜计划于2020年左右建成，口径超过130英尺（40米），聚光能力是凯克天望远镜的16倍！西蒙娜团队不愿就此苦等，便借助引力透镜（多重成像效应）。该效应原理是时空在天体附近会发生畸变，使光线在其附近发生弯曲。【译者注：引力场源对位于其后的天体发出的电磁辐射所产生的会聚或多重成像效应。因类似凸透镜的汇聚效应，因而得名。引力透镜效应是阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象，由于时空在大质量天体附近会发生畸变，使光线在大质量天体附近发生弯曲（光线沿弯曲空间的短程线传播）。如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体则在光源的两侧会形成两个像，就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样，这种现象称之为引力透镜效应。对引力透镜效应的观测证明阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论确实是引力的正确描述。】

西蒙娜团队将这项技术用于实践，并检测了观测到的失真图像。其团队表示，矮星系不仅由星系重力影响，而且也着受星系边缘微小星系左右。当然，这并非人类第一次应用透镜方法观测矮星系，但这一次观测到的距离是最遥远的，星系也是最小的。至今，天文学家仍拿不出足够证据找出矮行星总量。这就好比预测一场选举，民调只有三个人投票一样。西蒙娜表示：“结果符合预期值”，一定程度上说明，宇宙学理论还站得住脚。

如果说矮行星确实围绕银河系遨游，那么它们的存在也带来了隐患。天文学家认为，通过吸收距离紧密的小型伴星系，银河系才有今天的结构。如今，这种“蚕食同类”行为依然继续着。如果说临近星球存在数千矮行星，那么这将足够银河系“吃”上亿万年。