普朗克卫星揭示活跃星系与暗物质晕质量间的关系

该示意图展示了承载了类星体的暗物质晕所引起的引力偏转。

宇宙中大多数星系的核心都有超大质量的黑洞，它们的质量往往是太阳质量的数百万到数十亿倍。尽管这些宇宙怪物中的大多数都处于“休眠”状态——它们附近有极少量的或几乎没有天体活动，但其中大约有1%被归类为“活跃”状态，它们以非常快的速度从周围环境中吸积物质。这种吸积过程使黑洞附近的物质发出在整个电磁波谱上都非常明亮的光波，以至于让这些活跃星系或类星体成为了宇宙中最亮的一类光源。

据美国“物理学网”（Phys.org）4月18日消息称，英国赫特福德大学（University of Hertfordshire）的科学家将欧洲航天局（ESA）普朗克（Planck）卫星任务的观测数据与迄今为止最丰富的类星体巡天数据相结合，利用物质引力在遍布整个宇宙的宇宙微波背景（cosmic microwave background，简称CMB，宇宙历史上最古老的光波）辐射上所留下的微小畸变印痕，揭示了类星体——活跃星系的明亮内核——的光度和与暗物质晕质量之间的联系。研究结果在《天体物理学杂志》上发表。

根据当今宇宙结构形成的主要理论假设，星系是由遍布整个宇宙、不可见的暗物质丝状网络中密度最高的节点处的普通物质所形成的。进而，普通物质和暗物质的复杂分布结构都起源于原始宇宙网络中的微小起伏变化，而这种波动会在CMB辐射中留下了印记。

从2009年到2013年，普朗克卫星在一直在扫描天空，并绘制出了一幅迄今为止最精确的CMB全天空分布图，从而让科学家能够将我们对宇宙的年龄、膨胀过程、历史和其中内容的理解提升到前所未有的精确水平。论文第一作者James Geach介绍道：“我们知道，星系是在一个看不见的暗物质‘脚手架’内形成和演化的。虽然我们不能直接观察到它，但我们可以利用印刻在CMB上的引力透镜畸变来了解星系周围的暗物质结构。”虽然CMB的引力透镜的畸变程度很小，并且会在大约10分钟的弧形尺度——相当于满月直径的三分之一——上重新排列CMB的天空图像，但是统计方法能将来自整片天空的许多微小偏转结合起来生成更强的信号，从而把从许多类星体周围收集的观测数据积累起来。

Geach解释道：“通过将普朗克的观测数据和如此庞大的类星体样本相结合，我们便能够测量类星体宿主星系所在的暗物质晕的质量，并研究不同亮度的类星体的质量会有什么不同之处。”该研究的分析结果表明，类星体的亮度越高，其暗物质晕的质量就越大。“我们把CMB当作一种向宇宙投射出的一种‘背光’。由于背光已经被处于前景的物质所引力透镜化了，因此通过将星系与普朗克透镜映射图相联系起来，我们便掌握了一种研究星系及其演化过程的新方法。”这一发现支持了关于类星体形成过程的理论模型，该模型预测了类星体的光度与暗物质晕质量之间具有相关性，尤其是对于最明亮的类星体而言，其中的黑洞正在以接近于最高水平的速度吸积周围的物质。

这项研究集中在一些遥远的类星体上，所观测到的是这些类星体在宇宙大约40亿岁时的景象——那时大约是它们目前近140亿岁年龄的三分之一——这个时段接近于超大质量黑洞生长的顶峰时期。在未来，通过将普朗克的观测数据与更深入的类星体巡天研究相结合，便可以使科学家们把这些研究的时段推早到宇宙史上更早的阶段，一直到第一个类星体形成的时候。

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编译：朱明逸 

责编：唐林芳 

期刊来源： 《天体物理学杂志》

期刊编号： 0004-637X

原文链接： 

https://phys.org/news/2019-04-planck-reveals-link-galaxies-dark.html

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