哈勃太空望远镜的长寿绝对是一项资产，有助于我们清楚地了解宇宙中看不见的粘合剂。

当理论和观测支持不同的结果时，天文学家如何确定哪一个更可行？

提高对一种理论的信心，通常需要建立更丰富的数据集来改进当前模型，并降低不确定性。一组科学家已经做到了这一点，以帮助缓解长期争论的阴霾：尖端-核心问题。通过分析美国宇航局哈勃太空望远镜近20年来收集的数据，天文学家绘制了星系内恒星运动的图表，并发现了星系中心可能聚集的暗物质。

哈勃太空望远镜利用恒星运动追踪矮星系中的暗物质

暗物质是宇宙中看不见的“胶水”，它的性质和行为仍然笼罩在神秘之中。虽然星系大多是由暗物质构成的，但了解暗物质在星系内的分布方式，可以为我们提供线索，了解暗物质是什么，以及它与星系演化的关系。

虽然，计算机模拟表明暗物质应该堆积在星系的中心，称为密度尖，但许多先前的望远镜观测表明，暗物质在星系中更均匀地分散。模型和观测之间的这种紧张关系的原因继续困扰着天文学家，从而加强了暗物质的神秘性。

利用哈勃望远镜

一组天文学家求助于美国宇航局的哈勃太空望远镜，试图通过测量天龙矮星系内恒星的动态运动来澄清这一争论，天龙矮星系是一个距离地球约25万光年的系统。 利用跨越18年的观察，他们成功地对这个小型银河系内恒星的运动建立了最准确的三维理解。 这需要搜寻哈勃近二十年来对天龙矮星系的档案观测。

巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）的Eduardo Vitral是这项研究的主要作者，他说：“我们的模型倾向于更符合一个尖状结构，这与宇宙模型是一致的。虽然我们不能肯定地说所有星系都包含一个尖状的暗物质分布，但拥有如此精确测量的数据是令人兴奋的，它超过了我们以前拥有的任何数据。”

恒星运动的先进技术

为了了解星系中的暗物质，科学家们可以观察星系中的恒星以及它们在暗物质的牵引下的运动。测量物体在太空中运动速度的一种常用方法是通过多普勒效应 —— 一种观察到的恒星靠近或远离地球时光波长的变化。尽管这种视距速度可以提供有价值的洞察力，但从这种一维信息来源中只能收集到这么多信息。

除了离我们越来越近或越来越远，恒星也会在天空中移动，以它们的固有运动来测量。通过结合视距速度和适当的运动，研究小组对恒星的3D运动进行了前所未有的分析。

“数据的改进和模型的改进通常是齐头并进的，”STScI的Roeland van der Marel解释说，他是十多年前发起这项研究的论文的合著者。“如果你没有非常复杂的数据或只有一维数据，那么相对简单的模型通常可以适合。你收集的数据维度越多，复杂性越高，你的模型就需要越复杂，才能真正捕捉到数据的所有细微之处。”

科学马拉松（不是短跑）

由于已知矮星系比其他类型的星系具有更高比例的暗物质含量，研究小组将目光投向了天龙座矮星系，它是银河系附近一个相对较小的球状卫星。

“当测量固有运动时，你注意到一颗恒星在一个纪元的位置，然后在许多年后测量同一颗恒星的位置。你测量位移来确定它移动了多少，”STScI的Sangmo Tony Sohn解释说，他是该论文的另一位合著者，也是最新观测项目的首席研究员。“对于这种观测，你等待的时间越长，你就能更好地测量恒星的移动。”

该团队分析了从2004年到2022年的一系列时期，这是一个只有哈勃望远镜才能提供的广泛基线，因为它具有清晰稳定的视野和创纪录的运行时间。该望远镜丰富的数据档案有助于降低测量恒星固有运动的不确定性。其精度相当于测量从地球上看到的比一个高尔夫球宽度略小的月球年移动。

有了三维数据，研究小组减少了以前研究中应用的假设数量，并在他们自己的建模工作中考虑了星系的特定特征 —— 比如它的旋转、恒星和暗物质的分布。

启示与未来研究

为天龙座矮星系开发的方法和模型可以应用于未来的其他星系。该团队已经在分析哈勃望远镜对雕刻家矮星系和小熊座矮星系的观测结果。

研究暗物质需要观察不同的星系环境，也需要不同太空望远镜任务之间的合作。例如，美国国家航空航天局即将推出的南希格蕾丝罗马太空望远镜将有助于揭示不同星系中暗物质特性的新细节，这要归功于它能够观测大片天空。

“这种研究是一项长期投资，需要很大的耐心，”Eduardo Vitral说。“我们之所以能够进行这项科学研究，是因为多年来为收集这些数据所做的所有计划。我们收集的见解是一个更大的研究小组多年来一直在研究这些问题的结果。”

这些结果发表在7月11日的《天体物理学杂志》上。

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