科普知識:暗物質的真實身份

星系,被認為是由可見的恆星、行星、塵埃以及暗物質所組成的。其中的暗物質是一種佔據了宇宙大部分質量卻不可見的物質。儘管科學家不知道它們究竟是什麼,但我們可以觀測到暗物質對可見物質所施加的影響。

科普知識:暗物質的真實身份

哈勃拍到的4個巨型星系,位於星系團Abell 3827,展示了可見光和近紅外條件下的景象。他們身後是更為遙遠的恆星。照片中,它們環繞這4個星系,雖然影像失真,但依稀可見

根據對星系團Abell 3827的最新觀測結果,暗物質可能不與引力以外的任何力發生交互作用。4月6日,在利物浦舉行的歐洲天文與空間科學周活動上,英國杜倫大學的安德魯·羅伯森博士公佈了最新研究發現。該發現完全顛覆了三年前科學家們對暗物質的認知。

三年前杜倫大學的一支國際研究小組聲稱自己取得了一次重大突破,確定了暗物質的“真實身份”。

根據哈勃望遠鏡當時的觀測,Abell 3827星系團(距地球大約13億光年)的一個星系與周圍的暗物質分離,這證明暗物質與引力之外的力發生了相互作用。

通過在地球上對Abell 3827進行觀測,科學家能夠對星系團內的暗物質進行高靈敏度測量。然而,這支研究小組現在宣佈他們看錯了!最近的觀測結果顯示Abell 3827內的暗物質並沒有與星系分離。

科普知識:暗物質的真實身份

Abell 3827心臟地帶的4個星系。圖像結合了哈勃望遠鏡的紫外成像(藍色),阿塔卡瑪大型毫米波陣列的長波長成像(紅色)。在這種波長下,處在前景的Abell 3827幾乎透明,進而降低研究背景星系的難度

研究論文主筆人、杜倫大學系外天文學中心的理查德·梅塞博士表示:“探尋暗物質的工作遭遇挫折,但科學研究就是如此。隨著數據的改進,結論也會隨之改變。不過,暗物質的搜尋之旅仍將繼續,以最終揭示它們的本質。由於暗物質不與周圍宇宙進行交互,我們很難確定它們的身份。”

暗物質在宇宙中的比重接近27%,與佔比5%的行星、恆星等正常物質相比,佔比相當大。據悉,暗物質的數量是其它所有已知粒子的5倍左右,但人類並不瞭解它們的“真正身份”。

然而這種神秘物質卻是宇宙運轉機制的基本要素。如果沒有暗物質引力的約束效應,銀河系的星系將因為自身旋轉,四分五裂。

在進行這項新研究時,科學家利用了智利的阿塔卡瑪大型毫米波陣列(以下簡稱ALMA),對Abell 3827星系團進行觀測。ALMA捕獲了一個無關背景星系的扭曲紅外線,最終揭示了暗物質的位置。

研究論文合著者、明尼蘇達州大學的莉莉婭·威廉斯表示:“在ALMA的幫助下,我們獲得了這個遙遠星系的更清晰影像,分辨率超過哈勃望遠鏡拍攝的圖像。暗物質的真正位置要比此前的觀測更為清晰。”

雖然新觀測結果顯示暗物質仍留在星系內,但科學家表示這並不一定意味著暗物質沒有發生交互作用。暗物質的交互可能非常微小,或者這個特殊星系的移動方向正對著我們,導致我們無法觀測到暗物質的側向位移。

過去兩年,科學家提出了幾項新的非標準暗物質理論,還曾藉助杜倫大學的高性能超級計算機進行模擬。

科普知識:暗物質的真實身份

研究論文合著者、杜倫大學計算宇宙學研究所的羅伯森博士指出:“不同的暗物質特性會留下各種洩密信號。我們將繼續探尋暗物質的本質,繼續進行所需的實驗,從合適的角度進行觀測。我們將進行一次非常有趣的測試,即暗物質的交互作用讓它們變成一個球團。這是我們的下一個研究對象。”

為了繼續在數百個星系團測算暗物質,杜倫大學幫助製造了SuperBIT望遠鏡。這架望遠鏡搭乘巨型氦氣球進入地球大氣層上方,能夠獲取清晰的宇宙圖像。此項研究獲得英國皇家學會、英國科學與技術設施委員會以及NASA的資金支持。


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