暗物质拉动了最大的螺旋星系达到惊人的速度

当涉及星系时，速度有多快?银河系是一个普通的螺旋星系，在我们太阳附近以每秒130英里(210公里/秒)的速度旋转。新研究发现，最大质量的旋涡星系旋转得比预期的快。这些最大的“超级螺旋”比我们的银河系重约20倍，其旋转速度高达每秒350英里(570公里/秒)。

超级螺旋几乎在所有方面都是例外。除了比银河系大得多之外，它们的物理尺寸也更明亮，更大。与银河系的100,000光年直径相比，最大跨度为450,000光年。迄今为止，仅已知约100个超级螺旋。在研究斯隆数字天空测量(SDSS)以及NASA / IPAC星系外数据库(NED)的数据时，发现超级旋涡是重要的新型星系。

马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科学研究所的帕特里克·奥格说：“从许多方面来说，超级螺旋都是极端的。” “他们打破了转速记录。”

Ogle是2019年10月10日发表在《天体物理学杂志快报》上的论文的第一作者。本文介绍了有关使用南半球最大的单光学望远镜南部非洲大型望远镜(SALT)收集的超级螺旋的旋转速率的新数据。使用加州理工学院(California Institute of Technology)运营的帕洛玛天文台(Palomar Observatory)的5米海尔(Hale)望远镜获得了其他数据。来自NASA的广域红外测量浏览器(WISE)任务的数据对于测量恒星中的星系质量和恒星形成率至关重要。

南非开普敦大学的汤姆·贾瑞特(Tom Jarrett)在谈到这项新研究时说：“这项工作很好地说明了星系的光学和红外观测之间的强大协同作用，并通过SDSS和SALT光谱揭示了恒星运动以及其他恒星特性，特别是通过WISE中红外成像，可以发现宿主星系的恒星质量或“主干”。”

理论表明，超级螺旋旋转很快，因为它们位于暗物质的令人难以置信的大云或光环中。数十年来，暗物质一直与星系旋转有关。天文学家维拉·鲁宾(Vera Rubin)开创了银河系自转速度的研究，表明螺旋星系的旋转速度要比重力仅由恒星和气体引起的旋转快。另一种称为暗物质的不可见物质必须影响星系旋转。给定质量的恒星的螺旋星系有望以一定的速度旋转。Ogle的团队发现超级螺旋线大大超过了预期的旋转速度。

超螺旋也存在于大于平均暗物质晕的区域。Ogle测得的最大质量晕圈中含有足够多的暗物质，其重量至少是太阳的40万亿倍。那样数量的暗物质通常将包含一组星系，而不是单个星系。

奥格解释说：“看来，星系的自旋是由其暗物质晕的质量决定的。”

超螺旋打破了恒星中星系质量与自转速率之间通常的关系，这一事实是反对另一种引力理论的新证据，该理论被称为修正牛顿动力学或MOND。MOND提出，在像银河系和星系团这样的最大尺度上，重力要比牛顿或爱因斯坦所预测的稍强。例如，这将导致螺旋星系的外部区域旋转得比根据其在恒星中的质量所预期的旋转得更快。MOND旨在重现螺旋旋转速率的标准关系，因此无法解释超螺旋等异常值。超级螺旋观测表明不需要非牛顿动力学。

尽管超旋涡是宇宙中质量最高的旋涡星系，但与其中所含暗物质的数量相比，超旋涡实际上在恒星中的重量不足。这表明大量的暗物质抑制了恒星的形成。可能有两个原因：1)被吸入银河系的任何其他气体会一起崩溃并变热，阻止其冷却并形成恒星，或者2)银河系的快速旋转使得气体云更难以塌陷离心力的影响。

奥格说：“这是我们第一次发现像它们一样大的螺旋星系。”

尽管有这些破坏性的影响，但超级螺旋仍然能够形成恒星。尽管最大的椭圆星系在100亿年前形成了全部或大部分恒星，但超级旋涡仍在形成恒星。它们每年将太阳质量的30倍转换成恒星，这对于一个如此大小的星系来说是正常的。相比之下，我们的银河系每年约形成一个太阳质量的恒星。

Ogle和他的团队提出了其他观测结果，以帮助回答有关超螺旋的关键问题，包括旨在更好地研究其盘中气体和恒星运动的观测。在2021年发射后，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜可以研究更远距离和相应年龄的超级螺旋，以了解它们如何随着时间演变。NASA的WFIRST任务可能会帮助定位更多的超级螺旋，这要归功于其超大的视野。