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天文学家长期希望通过银河系周围恒星流中的缺口、弯曲和其他异常结构，寻找暗物质存在的证据。然而，华盛顿大学一项最新研究显示，即使不存在被认为能够制造这些特征的微小暗物质团块，星系自身的引力结构也可能产生几乎相同的现象。
恒星流是环绕星系运行的细长恒星带。研究人员在四个与银河系规模相近的虚拟星系中，模拟了约1.5万条恒星流，并特意排除了被称为“暗物质子晕”的小型暗物质团块。经过相当于50亿年的模拟演化后，几乎所有恒星流都出现了不同程度的不规则结构，最终只有70条保持完全平滑。
研究论文第一作者、华盛顿大学天文学博士后阿尔皮特·阿罗拉表示，模拟结果表明，仅凭宿主星系自身的作用，就能形成真实恒星流中常见的多种异常。如今，研究人员可以先预测星系本身会造成什么影响，再进一步分离出真正可能由暗物质引起的部分。
相关研究已发表于《天体物理学杂志》。
这些畸变主要源于星系内部结构的不均匀性。在模拟中，恒星并非均匀分布于星系盘面，而是形成了密度不同的区域，类似真实星系中的复杂结构。当恒星流穿过密度较高的区域时，不均匀的引力场会使其发生弯曲、撕裂或分散。
阿罗拉原本预计星系会制造一些异常，但没有想到数量会如此之多。他说，几乎每条恒星流都出现了某种结构变化，这意味着恒星流天生细长、平滑的传统假设并不一定成立。
模拟中出现的形态包括波纹、折弯、扭结、突出物、分支、缺口和恒星团块。部分恒星流甚至被宿主星系中复杂而持续变化的引力环境彻底撕碎。距离星系核心较近的恒星流，由于更频繁地穿过致密且结构复杂的区域，因此往往会形成更多不规则特征。
这一发现给利用恒星流研究暗物质的工作增加了难度。暗物质被认为占据宇宙绝大多数质量，并为星系形成提供“骨架”，但它不与光发生相互作用，也几乎不与普通物质直接作用，科学家目前只能通过引力效应推断其存在。
华盛顿大学天文学助理教授、论文合著者诺拉·希普表示，银河系是研究暗物质的最佳实验室之一，而恒星流则是其中最敏锐的工具之一。恒星流由一群恒星进入星系后被其引力捕获形成。随着这群恒星围绕星系运行，星系的引力会将其拉伸成细长的带状结构。大多数星系可能都拥有恒星流，但银河系周围的恒星流最容易被人类观测到。
银河系中的许多恒星流都存在缺口和扭结。过去，天文学家推测，这些结构可能是恒星流经过暗物质子晕附近时受到引力扰动形成的。如果这一解释成立，恒星流的形态就有望帮助科学家了解暗物质的组成和分布。
不过，新的模拟表明，在将这些畸变归因于暗物质之前，研究人员必须先排除宿主星系自身造成的类似影响。阿罗拉计划在后续模拟中重新加入暗物质团块，并检验它们是否会产生能够区别于星系自身作用的独特模式。
未来观测也可能帮助科学家完成这种区分。美国国家科学基金会与能源部维拉·C·鲁宾天文台的西莫尼巡天望远镜预计将发现更多银河系恒星流。数量更丰富的观测数据，或许能帮助天文学家对恒星流中的不同结构进行分类，并寻找更有把握与暗物质相关的“指纹”。
华盛顿大学天文学研究助理教授詹姆斯·达文波特指出，揭示暗物质结构并没有简单直接的办法。恒星流虽然是复杂系统，但它们仍然是研究太阳系附近暗物质最有价值的途径之一。
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