星系或可模拟暗物质信号|宇宙|引力|星系|暗物质|系外行星|银河系

暗物质探测中的“星系干扰效应”

——银河系自身就能扭曲恒星流，暗物质信号可能被悄悄掩盖

关键发现速览

✅ 15,000条恒星流模拟中，仅70条保持平滑——99.5%出现天然扭曲
✅ 扭曲非暗物质专属：星系盘内不均匀恒星密度即可引发波纹、空隙、撕裂
✅ 距银心越近的星流，受扰越剧烈——宿主星系是“隐形雕刻师”
✅ 新一代观测利器（薇拉·C·鲁宾天文台）将助力识别真正暗物质印记

图：模拟中恒星流（彩色条纹）环绕虚拟主星系运行｜图片来源：斯特凡佩恩瓦尔登纳

大多数星系可能被称为恒星流的长丝状环绕恒星所包围。在华盛顿大学的一项新研究中，天文学家模拟了恒星流（如图中彩色条纹所示）围绕虚拟主星系的运行情况，以检验一个关于暗物质可能如何影响恒星流形状的主流理论。研究结果有助于研究人员将暗物质的真实证据与误判区分开来。

⚠️ 颠覆性认知：天文学家长期以来一直希望，银河系周围长条形星带中的缝隙、弯曲和其他扭曲现象能够揭示暗物质隐藏的影响。但新的模拟研究表明，即使没有被认为会产生这些现象的小型暗物质团块，银河系自身也可能导致许多此类特征的出现。

图：恒星流常见扭曲形态示意图｜来源：华盛顿大学模拟可视化

华盛顿大学的研究人员对大约1。5万条这样的星流（即恒星流）在四个银河系大小的星系中进行了建模。这些模拟忽略了被称为次晕的小暗物质团块。经过50亿年的模拟时间后，几乎每条星流都出现了不规则现象，只有70条保持完全平滑。

核心数据

模拟星流总数

15,000+

平滑未扰星流

70 条

模拟时长

50 亿年

在我们的模拟中，仅星系宿主就导致了我们在真实恒星流中观测到的同类不规则现象，该研究的第一作者、华盛顿大学天文学博士后学者阿尔皮特阿罗拉（ArpitArora）说，既然我们现在能够预测星系宿主自身会产生什么样的影响，我们就可以开始分离出暗物质所起的作用了。

扭曲机制揭秘：这些扭曲是由星系自身的结构造成的。在每个模拟星系盘中，恒星的分布有些不均匀，形成了密度有大有小的区域，类似于真实星系中的情况。当恒星流穿过密度较大的区域时，不均匀的引力场会对它们产生弯曲和撕裂的作用。

阿罗拉原本预计星系会产生一些不规则现象，但没想到数量会如此之多。

我们发现，几乎所有的溪流都有某种结构上的变化，阿罗拉说。所以，认为溪流天生细且平滑的观点未必是正确的。

模拟产生的典型扭曲形态包括：

波纹

纽结

尖刺

分支

空隙

☁️

团块

一些星流被其宿主星系的引力扰动完全撕裂。那些离星系核心更近的星流更频繁地遇到密集的团块区域，并且产生了更多不规则的形状。

水流不规则性可能还有另一个来源。

这一结果使利用恒星流研究暗物质变得更加复杂，暗物质是一种理论上的物质，除引力外不与光或普通物质发生相互作用。

暗物质构成了宇宙中的大部分质量，是星系形成的框架，但我们仍然不知道它究竟是什么，共同作者、华盛顿大学天文学助理教授诺拉希普说，银河系是我们用以解开这个谜团的最佳‘实验室’之一，而恒星流则是其中最有效的工具之一。

图：15,000条虚拟恒星流模拟结果｜图片来源：Arora等，《天体物理学杂志》

银河系中的大多数恒星都位于一个相对扁平的平面上，而恒星流则沿着不同的路径环绕银河系运行。当一群恒星与星系发生碰撞并被其引力捕获时，就会形成恒星流。在恒星绕轨道运行的过程中，星系会将星团拉伸成一条细长的丝状结构。大多数星系都有恒星流，不过银河系周围的恒星流是天文学家最容易观测到的。

我们星系中的许多恒星流存在缝隙和扭结。天文学家提出，其中一些特征可能是与暗物质子晕相遇的结果。如果是这样，它们的扭曲或许能提供有关暗物质组成的信息。新的模拟显示，天文学家必须首先考虑由主星系自身产生的类似特征。

下一步突破方向：阿罗拉现在计划在未来的模拟中加入暗物质团块，并测试它们是否会形成与仅由星系本身造成的模式不同的可区分模式。

新的观测结果可能有助于做出这一区分。美国国家科学基金会（NSF）与美国能源部（DOE）联合运营的薇拉C鲁宾天文台的西蒙尼巡天望远镜有望在银河系中发现更多的恒星流。这些观测结果可能有助于天文学家对恒星流特征进行分类，并寻找能够更可靠地与暗物质联系起来的特征。

darkmatterisamysterioussubstancethatmakesupasignificantportionoftheuniverse。Itisknowntoexistbasedonitsgravitationaleffectsonvisiblematter，suchasstarsandgas。However，itsexactnatureandstructureremainunknown。Onewaytostudydarkmatterclosetohomeisthroughtheuseofstreams，whicharecomplexsystemsthatcanprovideinsightsintothedistributionandpropertiesofdarkmatter。Byanalyzingthebehaviorofstreams，scientistscangainabetterunderstandingofthedarkmatter‘sstructureandproperties。However，itisimportanttonotethatdarkmatterisaverycomplexandyettobefullyunderstoodphenomenon。Therefore，furtherresearchisneededtofullyrevealitsstructureandproperties。Inconclusion，whilestreamsareaninterestingwaytostudydarkmatterclosetohome，muchworkstillneedstobedonetofullyunderstandthenatureofdarkmatter。

《宿主星系的印记》
作者：阿皮特阿罗拉、彼得S费尔森、雅各布尼鲍尔、诺拉希普、维迪普雷迪、尤金瓦西里耶夫、杰克科姆、劳雷拉C马里纳、阿德里安M普莱斯惠兰、丹尼斯埃卡尔、萨拉皮尔森、安德鲁韦茨尔、杰里米拜林和罗伯特菲尔德曼
发表日期：2026年8月27日
期刊：《天体物理学杂志》
DOI：10.3847/15384357ae89af

这项研究由戈登和贝蒂摩尔基金会资助。