在研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的高分辨率的EDGE模擬中，球狀星團(tuán)（圖中密集的白色恒星群）自然地形成了。圖片來源：英國薩里大學(xué)

科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

幾個(gè)世紀(jì)以來，天文學(xué)家一直對(duì)宇宙中最古老、最密集的恒星系統(tǒng)之一——球狀星團(tuán)的起源感到困惑。如今，由英國、美國、瑞典等多國科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)發(fā)表于最新一期《自然》雜志的研究，通過高精度模擬終于解開了這一謎題，并意外發(fā)現(xiàn)了一類此前未知的恒星系統(tǒng)。該研究為理解星系形成、暗物質(zhì)本質(zhì)以及宇宙早期演化開辟了全新路徑。

球狀星團(tuán)是由數(shù)十萬到數(shù)百萬顆恒星組成的密集星群，它們圍繞銀河系等星系運(yùn)行，其恒星在年齡和化學(xué)成分上高度一致，且未顯示出暗物質(zhì)存在的跡象。這些特征自17世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)以來，其形成機(jī)制引發(fā)激烈爭論。

此次，團(tuán)隊(duì)利用英國DiRAC國家超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)施，運(yùn)行了名為EDGE的虛擬宇宙模擬項(xiàng)目，耗時(shí)數(shù)年，追溯了宇宙138億年的演化歷史。該模擬以前所未有的10光年分辨率，首次在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)重現(xiàn)了球狀星團(tuán)的形成過程。結(jié)果顯示，球狀星團(tuán)可以通過至少兩種不依賴暗物質(zhì)的機(jī)制形成，為這一百年難題提供了關(guān)鍵解答。更令人驚喜的是，他們還在其中發(fā)現(xiàn)了一類全新的天體——“球狀星團(tuán)狀矮星”。

這類新天體在外觀上與傳統(tǒng)球狀星團(tuán)極為相似，但其內(nèi)部卻含有大量暗物質(zhì)，其性質(zhì)介于球狀星團(tuán)與矮星系之間。由于以往望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)可能將其誤認(rèn)為普通球狀星團(tuán)，這類天體很可能早已被發(fā)現(xiàn)卻未被正確識(shí)別。例如，銀河系已知的“超微弱”矮星系網(wǎng)狀星系Ⅱ，就可能是此類候選體。

英國薩里大學(xué)天體物理學(xué)系主任賈斯汀·里德教授指出，EDGE項(xiàng)目的目標(biāo)是構(gòu)建宇宙中最小星系最真實(shí)的演化模型，既能追蹤138億年的宏大歷史，又能放大到單顆恒星爆炸的細(xì)節(jié)。雖然在DiRAC超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行耗時(shí)數(shù)年，但成果極為豐碩。

這一發(fā)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)意義。如果球狀星團(tuán)狀矮星被后續(xù)觀測(cè)證實(shí)，它們將成為研究暗物質(zhì)特性的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)也可能是搜尋宇宙第一代恒星的最佳場(chǎng)所。

總編輯圈點(diǎn)

超級(jí)計(jì)算機(jī)工作了幾年，才得以一窺球狀星團(tuán)的奧妙。球狀星團(tuán)是宇宙中古老且致密的恒星集團(tuán)，由數(shù)十萬甚至上百萬顆恒星組成，且內(nèi)部沒有暗物質(zhì)存在的跡象。科研人員通過高精度宇宙學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，球狀星團(tuán)主要通過兩種途徑形成。同時(shí)，他們還意外發(fā)現(xiàn)了“球狀星團(tuán)狀矮星”的存在，這一系統(tǒng)內(nèi)部含有大量暗物質(zhì)。也就是說，同樣的模擬，可以解釋含有暗物質(zhì)的矮星和沒有暗物質(zhì)的星團(tuán)的形成，這對(duì)解釋宇宙起源和進(jìn)一步研究暗物質(zhì)意義重大。