科技日報記者 張夢然

幾個世紀以來，天文學家一直對宇宙中最古老、最密集的恒星系統(tǒng)之一——球狀星團的起源感到困惑。如今，由英國、美國、瑞典等多國科學家組成的團隊發(fā)表于最新一期《自然》雜志的研究，通過高精度模擬終于解開了這一謎題，并意外發(fā)現(xiàn)了一類此前未知的恒星系統(tǒng)。該研究為理解星系形成、暗物質(zhì)本質(zhì)以及宇宙早期演化開辟了全新路徑。

球狀星團是由數(shù)十萬到數(shù)百萬顆恒星組成的密集星群，它們圍繞銀河系等星系運行，其恒星在年齡和化學成分上高度一致，且未顯示出暗物質(zhì)存在的跡象。這些特征自17世紀被發(fā)現(xiàn)以來，其形成機制引發(fā)激烈爭論。

此次，團隊利用英國DiRAC國家超級計算機設(shè)施，運行了名為EDGE的虛擬宇宙模擬項目，耗時數(shù)年，追溯了宇宙138億年的演化歷史。該模擬以前所未有的10光年分辨率，首次在虛擬環(huán)境中實時重現(xiàn)了球狀星團的形成過程。結(jié)果顯示，球狀星團可以通過至少兩種不依賴暗物質(zhì)的機制形成，為這一百年難題提供了關(guān)鍵解答。更令人驚喜的是，他們還在其中發(fā)現(xiàn)了一類全新的天體——“球狀星團狀矮星”。

這類新天體在外觀上與傳統(tǒng)球狀星團極為相似，但其內(nèi)部卻含有大量暗物質(zhì)，其性質(zhì)介于球狀星團與矮星系之間。由于以往望遠鏡觀測可能將其誤認為普通球狀星團，這類天體很可能早已被發(fā)現(xiàn)卻未被正確識別。例如，銀河系已知的“超微弱”矮星系網(wǎng)狀星系Ⅱ，就可能是此類候選體。

英國薩里大學天體物理學系主任賈斯汀·里德教授指出，EDGE項目的目標是構(gòu)建宇宙中最小星系最真實的演化模型，既能追蹤138億年的宏大歷史，又能放大到單顆恒星爆炸的細節(jié)。雖然在DiRAC超級計算機上運行耗時數(shù)年，但成果極為豐碩。

這一發(fā)現(xiàn)具有深遠意義。如果球狀星團狀矮星被后續(xù)觀測證實，它們將成為研究暗物質(zhì)特性的獨特實驗室，同時也可能是搜尋宇宙第一代恒星的最佳場所。

總編輯圈點

超級計算機工作了幾年，才得以一窺球狀星團的奧妙。球狀星團是宇宙中古老且致密的恒星集團，由數(shù)十萬甚至上百萬顆恒星組成，且內(nèi)部沒有暗物質(zhì)存在的跡象?？蒲腥藛T通過高精度宇宙學模擬發(fā)現(xiàn)，球狀星團主要通過兩種途徑形成。同時，他們還意外發(fā)現(xiàn)了“球狀星團狀矮星”的存在，這一系統(tǒng)內(nèi)部含有大量暗物質(zhì)。也就是說，同樣的模擬，可以解釋含有暗物質(zhì)的矮星和沒有暗物質(zhì)的星團的形成，這對解釋宇宙起源和進一步研究暗物質(zhì)意義重大。