物理学家解开韦伯望远镜发现的古老星系之谜

物理学家解决了詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的古代星系JWST-ER1g的谜题。这个星系形成于宇宙仅为目前年龄的四分之一的时候，与该星系相关的是一个爱因斯坦环。这是因为JWST-ER1g充当透镜，弯曲了来自遥远源头的光线，然后出现为一个环 -- 这种称为强引力透镜效应的现象是由爱因斯坦的广义相对论所预测的。

爱因斯坦半径内包围的总质量有两个组成部分：恒星和暗物质组成部分。

加利福尼亚大学河滨分校的物理学和天文学教授于海波表示：“如果我们从总质量中减去恒星质量，就可以得到爱因斯坦半径内的暗物质质量。”但暗物质质量的值似乎高于预期，这令人困惑。“在我们的论文中，我们提供了一个解释。”

暗物质晕是弥漫并环绕像JWST-ER1g这样的星系的不可见物质晕。虽然实验室从未检测到暗物质，但物理学家确信构成宇宙85%物质的暗物质存在。

加州大学河滨分校的二年级研究生孔德茂表示：“当普通物质 -- 原始气体和恒星 -- 崩塌并凝聚成JWST-ER1g的暗物质晕时，可能会压缩晕，导致高密度。”“我们的数值研究表明，这种机制可以解释JWST-ER1g的高暗物质密度 -- 在同一体积内更多的暗物质质量，导致更高的密度。”

据研究合著者、加州大学河滨分校的博士后研究员杨大能表示，3.4亿年后形成的JWST-ER1g提供了“了解暗物质的绝佳机会”。

“这个强引力透镜对象是独特的，因为它具有完美的爱因斯坦环，从中我们可以获得关于爱因斯坦半径内的总质量的宝贵信息，这对测试暗物质性质是至关重要的。”他说。

2021年圣诞节发射的NASA的JWST是一个轨道红外观测卫星，也被称为韦伯，旨在回答有关宇宙的问题。这是迄今为止建造的最大、最复杂和最强大的太空望远镜。

“JWST为我们提供了前所未有的机会观测宇宙年轻时形成的古代星系。”于海波说。“我们希望能从JWST那里看到更多惊喜，并很快了解更多关于暗物质的知识。”

该研究得到了约翰·坦普尔顿基金会和美国能源部的支持。

该开放获取研究论文的标题为《冷暗物质和自相互作用暗物质对强引力透镜对象JWST-ER1的解释》。