脉冲星加速度的测量揭示了银河系的黑暗面

众所周知，由于一种神秘的暗能量，宇宙正在加速膨胀。在星系内，恒星也会经历加速，尽管这是由于暗物质和恒星密度的某种结合。在一个新的研究将于天体物理学杂志通讯在美国，研究人员现在首次直接测量了发生在我们的家园银河系内的平均加速度。由Sukanya Chakrabarti在高等研究院，Bob的游戏与来自罗切斯特理工学院、罗切斯特大学和威斯康星大学密尔沃基分校的合作者，该团队使用脉冲星数据来记录银河系平面内外恒星的径向和垂直加速度。基于这些新的高精度测量和银河系中已知的可见物质数量，研究人员能够计算出银河系的暗物质密度，而无需做出星系处于稳定状态的通常假设。

“我们的分析不仅让我们第一次测量了星系中恒星所经历的微小加速度，而且还为扩展这项工作以理解暗物质的本质，并最终在更大范围内理解暗能量提供了可能性，”Chakrabarti说，他是该论文的主要作者，现任成员和IBM爱因斯坦高级研究所研究员。Bob的游戏

恒星以每秒数百公里的速度在星系中飞驰，然而这项研究表明，它们的速度变化以蜗牛的速度发生——每秒几厘米，这与爬行的婴儿的速度大致相同。为了探测到这种微妙的运动，研究小组依赖于脉冲星的超精确计时能力，这些脉冲星广泛分布在整个星系平面和晕圈(一个围绕星系的弥漫球形区域)。

“通过利用脉冲星的独特性质，我们能够测量星系中非常小的加速度。我们的工作为银河系动力学打开了一扇新的窗口。菲利普•张威斯康辛大学密尔沃基分校教授。

从星系中心向外延伸约30万光年的晕可能为了解暗物质提供了重要的线索，暗物质占星系质量的90%左右，高度集中在恒星密集的星系平面的上方和下方。这一特定区域的恒星运动(本研究的主要焦点)可能受到暗物质的影响。利用通过这项研究获得的局部密度测量，研究人员现在将更好地了解如何以及在哪里寻找暗物质。

以前的研究假设星系处于平衡状态来计算平均质量密度，而这项研究是基于星系的自然、非平衡状态。人们可以把这比喻成扔石头前后池塘表面的差异。通过解释“涟漪”，研究小组能够获得更准确的现实情况。虽然在这种情况下，银河系受到星系合并的动荡历史的影响，而不是石头，并继续受到外部矮星系的干扰，如小麦哲伦云和大麦哲伦云。因此，恒星没有平坦的轨道，往往遵循类似于扭曲的黑胶唱片的路径，在银河平面的上方和下方交叉。实现这种直接观测方法的关键因素之一是使用了国际合作编制的脉冲星数据，包括NANOGrav(北美纳赫兹引力波天文台)，该天文台从绿岸望远镜和阿雷西博望远镜获得了数据。

这篇具有里程碑意义的论文扩展了简·h·奥尔特(1932);约翰Bahcall(1984);Kuijken & Gilmore (1989);Holmberg & Flynn (2000);而且乔Bovy＆Scott Tremaine(2012)计算银河系平面的平均质量密度(奥尔特极限)和局域暗物质密度。包括Oort、Bahcall、Bovy、Tremaine和Chakrabarti在内的IAS学者在推进这一领域的研究方面发挥了重要作用。

“几个世纪以来，天文学家一直在测量恒星的位置和速度，但这些只能提供银河系复杂动力学行为的快照，”他说Scott Tremaine他是高级研究所的名誉教授。Bob的游戏“Chakrabarti和她的合作者测量的加速度是由星系中可见和黑暗物质的引力直接引起的，因此为星系和宇宙中物质的分布和组成提供了一个新的和有希望的窗口。”

这篇特别的论文将使未来的各种各样的研究成为可能。准确的用Chakrabarti在今年早些时候发明的互补径向速度法来测量加速度也将很快成为可能，这种方法可以高精度地测量恒星速度的变化。这项工作还将使对银河系的更详细的模拟成为可能，改善对广义相对论的约束，并为寻找暗物质提供线索。这种方法的扩展最终可能会让我们直接测量宇宙加速度。

虽然我们的星系的直接图片——类似于阿波罗宇航员拍摄的地球照片——还不可能，但这项研究提供了重要的新细节，帮助我们从内部想象银河系的动态组织。

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