星系内部区域的恒星运动速度能够提供给我们很多信息，这些信息与星系的基本特征紧密相关，尤其是星系的总质量，它可以证明暗物质的存在。然而，测量星系内部区域的速度是一项非常困难的工作。坐落于国家天文台兴隆观测站的郭守敬望远镜（LAMOST），是北半球少数几个能够允许科学家测量星系内部区域恒星运动的设备之一，其可测量的最远距离可达45亿光年。

近日，由中山大学及其他中国科研院所领导的一个国际研究团队，分析了LAMOST 所观测的近90,000星系，首次获取了这些星系内部区域的恒星运动数据，这些数据有望帮助我们更加深入地理解星系的形成及星系中的暗物质成分。中山大学Nicola R. Napolitano教授等人首次公开发布了LAMOST星系的恒星运动速度弥散数据星表，供国际同行使用。

LAMOST望远镜位于北京北部的兴隆观测站，由中国科学院国家天文台负责运行。其有效口径为4米，可以观测整个北天。LAMOST望远镜一方面可以观测银河系内部的天体，以获得数百万颗恒星的星图；另一方面可以观测河外星系，测量数十万个河外星系的退行速度，以重建星系的大规模结构并识别星系团和星群。后者属于一个被命名为LAMOST河外星系巡天（LEGAS）的项目，已经加入到国际上持续了数十年的大型光谱巡天当中，目标是绘制宇宙中星系的三维分布图。

“自2009年投入运营以来，LAMOST成功地观测了北天的数百万个天体的光谱。”该文章的合作者、LAMOST科学委员会主任、中科院国家天文台赵刚研究员说，“LAMOST巡天观测的光谱质量非常好，我们已经利用这些数据发表了许多有关银河系结构和河外星系的论文。但是，到目前为止，还没有人尝试过测量单个星系的内部速度，这是一项非常艰巨的任务。”

“在过去十年中，我一直对研究星系中的暗物质成分非常感兴趣”。该文章的第一作者，中山大学的Napolitano教授说，“检测暗物质存在的第一步是要测量星系内部的恒星速度。如果星系中的确存在暗物质，那么星系必须要更加快速地运动以平衡这些暗物质所产生的引力。”

智利天主教大学的D’Ago博士补充说：“特别地，我们对速度弥散进行了测量，速度弥散表征的是星系核球部分恒星杂乱的运动。到目前为止，只有很少的国际团队，如斯隆数字巡天（SDSS）提供过类似的测量结果。现在，我们可以通过LAMOST测量距我们约30亿光年处成千上万个新的星系中恒星的运动。在将来，我们会继续利用LAMOST数据开展此类测量工作。”

“我们非常高兴能够更加详细地研究这些星系，并且确定暗物质是如何聚集在这些系统中的。星系形成有几个悬而未决的问题，比如：发光恒星是如何在暗物质晕中形成？他们是如何在这些暗物质里面运动的？恒星与暗物质之间的引力相互作用是怎样的？我们已经获得的数据将为我们理解将来项目中的数据打下基础，这些将来的项目包括中国空间站望远镜，它将携带更强大的设备来研究星系内部运动及其暗物质含量。”Napolotano教授总结说。

这些新结果是在中山大学、中国国家天文台、中国科学院大学和南京天文光学技术研究所、智利庞蒂夫卡大学和意大利国立天体物理研究所的合作下完成的。这些数据对于许多重要科学课题的研究具有非凡的价值，如对星系内部超大质量黑洞形成的理解，对引力透镜的搜索以及对星系的尺度关系演化的理解。最重要的是，它们将成为LAMOST巡天计划科学遗产的一部分。

图：LEGAS巡天项目中LAMOST星系在天空中的分布（RA，DEC）。红色表示LAMOST观测中被标记为星系的所有的源，蓝色表示具有高质量光谱数据的源，而绿色表示在此项工作中已经获得速度弥散的星系。

文章链接：https://arxiv.org/abs/2007.07823