在宇宙的浩瀚图景中，存在着一种特殊的星系——暗星系，它们因拥有极低的表面亮度而得名。正是这些隐匿于星海中的暗星系，为我们揭示了宇宙中最大谜团之一，即暗物质的存在及其特性，提供了关键的证据和新的见解。国际高级研究学院（SISSA）的天体物理学家Chiara di Paolo、Paolo Salucci和Erkurt Adnan合作完成的一项研究，在《皇家天文学会月刊》上发表，该研究提出了一种新颖的观点：盘状星系的行为可以用宇宙关系来描述。这项研究的焦点特别放在了暗星系这一独特天体上，通过对构成这些星系的恒星和气体旋转速度的深入分析，研究人员发现，这些低表面亮度星系展现出一种惊人的均匀性。
这一发现不仅加强了暗物质存在和作用的线索，还为暗物质与明亮物质之间的相互作用描绘了新的可能性。暗物质，这一占据了宇宙质量约85%的神秘物质，虽然广泛存在于宇宙之中，却因其不发光的特性而难以被直接观测。尽管如此，其存在可以通过对宇宙中其他物体的引力影响来间接证明。研究暗物质的方法之一便是分析星系的旋转曲线，这是一种通过测量恒星到星系中心的距离来推断恒星速度变化趋势的方法。观测到的速度变化，被认为是恒星本身以及暗物质成分所引发的引力相互作用共同作用的结果。
因此，旋转曲线成为了获取暗物质信息的重要工具，它能够揭示暗物质对星系中可观测物质的影响。在分析旋转曲线时，既可以单独研究单个星系，也可以采用宇宙旋转曲线（URC）方法，对一组具有相似特征的星系进行集体分析。这项研究的创新之处在于，它首次将宇宙旋转曲线方法应用于暗星系这一大规模样本，并得到了与预期相符的结果。通过对不同暗星系的旋转曲线进行比较，研究人员发现这些曲线并非突兀地断开，而是呈现出从小到大的渐变和有序的变化。
有趣的是，在螺旋星系中也观察到了类似的趋势。迄今为止，这一发现已经表明，无论是盘状星系、螺旋星系、矮星系，还是现在的暗星系，都可以用宇宙关系来概括。这意味着，存在一个统一的公式能够描述这些星系中存在的有序趋势，这一方法最早在1996年就被提出。正如科学研究中时常发生的那样，这项研究也带来了令人惊讶的新发现。研究人员发现星盘的大小与暗物质晕的密度之间存在一种尺度关系，特别是在暗物质晕的内部区域，这种关系表现得尤为明显。
此外，通过对比暗星系中发现的宇宙关系与其他类型星系中的关系，研究人员发现两者几乎完全重合。这一现象在那些形态和历史各异的星系中得到验证，表明暗物质与发光物质之间的属性关系具有普遍性，这是一个非常令人震惊的发现。这一结果，结合暗星系自身的特殊性质，为科学家们开辟了一系列新的研究方向，其中包括在星系形成的两种物质——暗物质和发光物质之间，除了已知的引力相互作用外，可能还存在另一种形式的直接相互作用，这一引人入胜的理论期待着未来更多的观测来证实。
博科园｜研究/来自：国际高级研究学院
参考期刊《皇家天文学会月刊》
DOI: 10.1093/mnras/stz2700
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