近日,國家天文臺夏啟然、劉超、毛淑德等人利用精心挑選的LAMOST巡天觀測數(shù)據(jù),采用假設較少、數(shù)學表達簡單的Kz力模型,對太陽附近的暗物質(zhì)密度進行了重新估算,得到新的結果為0.018±0.005 M?pc-3。同大多數(shù)前人工作相比,這一新結果認為太陽周圍暗物質(zhì)的質(zhì)量密度要更大一些(參見圖1)。這項工作已經(jīng)發(fā)表在國際著名天文期刊《皇家天文學會月刊》(MNRAS)上。

圖1:最近幾年對太陽鄰域暗物質(zhì)密度的測量結果比較,紅色的是夏啟然等人的工作得到的結果。
暗物質(zhì)是宇宙中最神秘的物質(zhì),由于暗物質(zhì)粒子不參與電磁相互作用因此不會發(fā)光,天文學上只能通過其產(chǎn)生的引力作用來探測它的存在。暗物質(zhì)和重子物質(zhì)的比例是宇宙最基本參數(shù)之一,并在不同尺度上決定著宇宙天體的演化歷史。在整個宇宙中暗物質(zhì)大約占據(jù)70%多的總物質(zhì),但是在星系尺度上通常會占據(jù)星系總質(zhì)量的90%以上。由于它們?nèi)可⒉荚谛窍抵車鷺嫵砂滴镔|(zhì)暈,因此盡管星系絕大多數(shù)質(zhì)量都是暗物質(zhì),但在星系盤附近暗物質(zhì)所占的比例非常低。這給我們在地球上直接探測暗物質(zhì)帶來了巨大的困難。
使用天文觀測對太陽附近的暗物質(zhì)質(zhì)量密度進行可靠測量是尋找暗物質(zhì)粒子、理解暗物質(zhì)在銀河系中分布特點的重要一步。盡管自荷蘭天文學家Oort在1932年首次測量以來有大量此類工作發(fā)表,但是不同工作測量的結果差異很大。
使用恰當?shù)挠^測數(shù)據(jù)、選擇合適的動力學模型是準確測量暗物質(zhì)密度的關鍵因素。暗物質(zhì)的測量工作非常困難,一方面它需要合理的動力學模型,能夠有效分解出重子物質(zhì)和暗物質(zhì)分別的貢獻;另一方面它需要盡量多的恒星樣本,提供精確的恒星空間分布和速度測量。LAMOST巡天提供了迄今為止世界上最大的恒星光譜庫,而且絕大多數(shù)觀測的恒星都分布在太陽附近,這為精確測量太陽附近的暗物質(zhì)密度提供了極佳的合適條件。
作為使用LAMOST數(shù)據(jù)開展的首次測量,夏啟然等人僅僅使用了北銀極附近的數(shù)千顆恒星光譜。但經(jīng)分析,當恒星樣本成倍增加時,采用現(xiàn)有方法測量的暗物質(zhì)密度精度還可以顯著提高。他們預計在新一期LAMOST數(shù)據(jù)發(fā)布之后,測量精度將達到10%左右,從而對暗物質(zhì)密度做出更強限制。
(LAMOST信息員李雙提供)