宇宙中大約85%的物質以暗物質形式存在，但暗物質的本質仍然是一個謎，其餘的就是我們所熟知的正常普通物質。暗物質表現出引力性質，但不與正常普通物質相互作用，也不發光。研究星系演化的天文學家發現，因為暗物質如此豐富，所以暗物質確實主導了宇宙中像星系團這樣的大尺度結構形成。儘管很難直接探測到暗物質，但可以通過對星系在一定範圍內分佈的敏感觀測進行建模來追蹤暗物質。

星系通常位於被稱為光暈的巨大暗物質團中心，因為它們圍繞著星系。前景暗物質暈引力透鏡作用於較遠的星系，為暗物質的詳細分佈提供了一個特別獨特和強大的探測器。“弱透鏡”導致背景星系的形狀適度但系統地變形，並能對星系團內暗物質的分佈提供強有力約束；相比之下，“強透鏡”則產生高度扭曲、放大，有時甚至是多個單一來源的影象。

在過去的十年裡，觀測和流體力學模擬極大地加深了我們對大品質星系如何演化的理解，現在更傾向於兩階段情景。在第一步中，今天星系的大品質核心是在宇宙學時代由物質的引力坍縮形成，連同它們周圍的暗物質暈一起形成。恆星的形成增加了星系系品質。然而，最大品質的星系有第二個階段，在這個階段，它們從其他星系的外部區域捕獲恆星，一旦它們自己的恆星形成消退，這個階段就會主導它們的“組裝”。

計算機模型和一些觀測結果似乎證實了這種情況。哈佛史密森天體物理學中心天文學家約書亞·斯皮格爾(Joshua Speagle)是該研究團隊的成員，該團隊使用速霸陸望遠鏡上光學和近紅外波長的超敏感、寬視場成像來研究大品質星系的組裝。其技術利用了弱透鏡效應，因為大品質星系往往也有更多品質更大的暗物質光暈，這些光暈扭曲了光線。

天文學家研究了大約3200個恆星品質大於銀河系（大約4000億個太陽品質）的星系。使用弱透鏡分析發現，關於大品質暗物質暈“組裝”歷史的資訊編碼，在大品質中心星系的恆星品質分佈中。此外，科學家們還指出，對於品質相同的星系，形狀更寬廣的星系往往有更大品質的暗物質暈，這一結果為探索大品質星系如何隨著宇宙時間的推移而形成和演化打開了一扇新視窗。

利用Hyper SuPrime-Cam(HSC)探測的深場影象，並利用其前所未有的弱透鏡能力，研究示了大品質中心星系的恆星品質分佈與其宿主暗物質暈品質之間的密切聯絡。恆星品質分佈範圍更廣的大品質星系往往在更大品質的暗物質暈中。研究用一個唯象模型解釋了這種聯絡，該模型假定(1)暈品質與暈中的恆星總含量之間存在緊密關係，(2)r<10kpc處的原地和非原地品質比例依賴於暗物質暈品質，該模型很好地描述了總恆星品質(⁠M)的恆星品質函式。

參考期刊《皇家天文學會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz3314