透過記錄整個銀河系恒星的速度，麻省理工學院的物理學家發現，與距離星系中心較近的恒星相比，銀盤中較遠的恒星的執行速度比預期的要慢。這些發現提出了一個令人驚訝的可能性：銀河系的重力核心可能比之前認為的質素更輕，並且含有更少的暗物質。
新結果基於團隊對 Gaia 和 APOGEE 儀器采集的數據的分析。蓋亞（Gaia）是一個軌域太空望遠鏡，可跟蹤整個銀河系超過 10 億顆恒星的精確位置、距離和運動，而 APOGEE 是一項地面勘測。
物理學家分析了蓋亞對超過 33,000 顆恒星的測量結果，其中包括一些銀河系中最遠的恒星，並根據恒星與銀河系中心的距離確定了每顆恒星的「圓周速度」，或者說恒星在銀盤中繞轉的速度有多快。。
科學家們繪制了每顆恒星的速度與其距離的關系，以生成一條旋轉曲線——天文學中的標準圖表，表示物質在距星系中心給定距離處旋轉的速度。這條曲線的形狀可以讓科學家了解整個星系中可見物質和暗物質的分布情況。
麻省理工學院物理學助理教授莉娜·內西布（Lina Necib）說：「我們真正驚訝地發現，這條曲線在一定距離內一直保持平坦、平坦、平坦，然後開始下降。」 「這意味著外層恒星的旋轉速度比預期要慢一些，這是一個非常令人驚訝的結果。」
研究小組將新的旋轉曲線轉化為暗物質的分布，這可以解釋外層恒星的減速，並行現由此產生的地圖產生了比預期更輕的星系核心。也就是說，銀河系中心的密度可能比科學家想象的要低，暗物質也更少。
「這使得這個結果與其他測量結果產生矛盾，」內西布說。「某個地方發生了一些可疑的事情，弄清楚它在哪裏，真正獲得銀河系的連貫圖片，真的很令人興奮。」
該小組在【皇家天文學會月刊】上報告了其結果。該研究的麻省理工學院合著者（包括 Necib）是第一作者 Xiaowei Ou、Anna-Christina Eilers 和 Anna Frebel。
與宇宙中的大多數星系一樣，銀河系像漩渦中的水一樣旋轉，其旋轉部份是由其盤內旋轉的所有物質驅動的。20 世紀 70 年代，天文學家維拉·魯賓 (Vera Rubin) 第一個觀察到星系的旋轉方式不能純粹由可見物質驅動。
她和她的同事測量了恒星的圓周速度，發現所得的旋轉曲線出奇地平坦。也就是說，恒星的速度在整個星系中保持不變，而不是隨著距離的增加而下降。他們得出的結論是，一定有其他類別的不可見物質作用在遙遠的恒星上，為它們提供了額外的推動力。
魯賓在旋轉曲線方面的研究是暗物質存在的最早有力證據之一，暗物質是一種看不見的未知實體，估計比宇宙中所有恒星和其他可見物質的重量還要重。
從那時起，天文學家在遙遠的星系中觀察到了類似的平坦曲線，進一步支持了暗物質的存在。直到最近，天文學家才嘗試用恒星繪制我們銀河系的旋轉曲線。
「事實證明，當你位於星系內部時，測量旋轉曲線會變得更加困難，」歐指出。
2019 年，麻省理工學院物理學助理教授安娜-姬絲蒂娜·艾勒斯 (Anna-Christina Eilers) 利用蓋亞衛星釋出的早期數據繪制了銀河系的自轉曲線。該數據釋出的範圍包括距銀河系中心 25 千秒差距（約 81,000 光年）的恒星。
根據這些數據，艾勒斯觀察到，銀河系的自轉曲線看似平坦，但略有下降，與其他遙遠星系類似，由此推斷，該星系的核心可能存在高密度的暗物質。但現在這種觀點發生了轉變，因為望遠鏡釋出了一批新數據，這一次包括遠至 30 千秒差距（距星系核心近 10 萬光年）的恒星。
「在這個距離上，我們正處於銀河系的邊緣，那裏的恒星開始逐漸消失，」弗雷貝爾說。「沒有人探索過物質如何在這個外星系中移動，我們實際上處於虛無之中。」
Frebel、Necib、Ou 和 Eilers 抓住了 Gaia 的新數據，希望擴充套件 Eilers 的初始旋轉曲線。為了完善他們的分析，該團隊透過 APOGEE（阿帕奇異點天文台銀河演化實驗）的測量結果補充了蓋亞的數據，該實驗測量了銀河系中超過 700,000 顆恒星的極其詳細的特性，例如它們的亮度、溫度和元素組成。
「我們將所有這些資訊輸入到演算法中，嘗試學習連線，從而更好地估計恒星的距離，」歐解釋道。「這樣我們就可以向更遠的距離推進。」
該團隊確定了 33,000 多顆恒星的精確距離，並利用這些測量結果生成了散布在銀河系中約 30 千秒差距的恒星的三維地圖。然後，他們將這張圖合並到圓周速度模型中，以模擬考慮到銀河系中所有其他恒星的分布，任何一顆恒星必須以多快的速度執行。然後，他們在圖表上繪制了每顆恒星的速度和距離，以生成更新的銀河系旋轉曲線。
「這就是奇怪的地方，」內西布說。
研究小組觀察到，新曲線的外端下降振幅比預期更大，而不是像以前的旋轉曲線那樣溫和下降。這種意想不到的衰退表明，雖然恒星可能以同樣快的速度移動到一定距離，但它們在最遠的距離處突然減速。郊區的恒星執行速度似乎比預期的要慢。
當研究小組將這條旋轉曲線轉化為整個星系必須存在的暗物質數量時，他們發現銀河系核心所含的暗物質可能比之前估計的要少。
「這個結果與其他測量結果存在矛盾，」內西布說。「真正理解這個結果將會產生深遠的影響。這可能會導致在銀盤邊緣之外出現更多隱藏的質素，或者重新考慮我們銀河系的平衡狀態。我們尋求在接下來的工作中找到這些答案，利用高類銀河系星系的分辨率模擬。」
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