科學家揭秘迄今為止最詳細的暗物質地圖

據《科學》官網3月1日消息，一個國際天文學家團隊藉助美國宇航局（NASA）的哈勃太空望遠鏡發回的圖像，推演出了三個星系團內暗物質的分布情況，而且，細緻程度前所未有。

暗物質是一種因存在現有理論無法解釋的現象而假想出的物質，大量天文和宇宙觀測證據表明，暗物質約構成了宇宙質量的27%。

天文學家們從20世紀30年代開始意識到宇宙中存在著看不見的暗物質。1933年，瑞士天文學家弗里茨?茲威基對距離地球3.2億光年、由超過3000個星系組成的后髮座星系團進行觀測時發現，如果沒有一部分「看不見的物質」的作用，那麼，這個星系團的引力就不足以將其中的星系像那樣束縛在一起。

後來，20世紀70年代，美國天文學家薇拉?魯賓對距離地球約250萬光年的仙女座星系及其他星系進行觀測後也證實了這一想法：宇宙中存在著我們看不到的物質，為彌散於星系各處的氣體提供著引力。

20世紀80年代，科學家正式提出了「暗物質」這個名稱。而且，他們也發現，暗物質也許並不是原子、分子這些構成我們世界的普通物質，而是另一種不在標準模型中的基本粒子。這種暗物質不發出任何波段的光，也不和可見物質進行相互作用。但天文學家仍然可以通過暗物質的引力效應觀測到它。利用廣義相對論預言的引力透鏡效應，人們甚至可以繪製暗物質在宇宙中的分布。而在最新研究，科學家們正是利用了強引力透鏡效應，繪製出了暗物質的分布圖。

那麼，什麼是強引力透鏡效應呢？我們需要把時鐘撥回到一個世紀以前。當時，被公認為20世紀最偉大科學家的艾爾伯特·愛因斯坦，在構建他著名的廣義相對論時，研究了光線在引力場中的運動。他指出，天體的引力場會使光的傳播速度變慢，從而等效地使周圍的時空變成一個碩大的「透鏡」，這些「透鏡」可以改變光線的傳播方向。所謂強引力透鏡效應就是：前景星系團（透鏡）的引力讓更遙遠星系（源）發出的光線發生扭曲，從而使背景星系圖像發生扭曲-圖像變大甚至形成多重像等。

在最新實驗中，當研究人員對一個星系團的圖像進行深入研究時，他們發現並確定了數十張背景星系的多重像，並根據這些圖像的分布和強度，推導出了暗物質在星系團內的分布。

例如，下圖描述了星系團MACSJ0416中暗物質的分布，分布圖上布滿了數百個更稠密的結，這些結覆蓋了單個星系。這一暗物質分布的統計學屬性與物理學們關於「冷」暗物質模型的預測非常吻合。這一模型假定暗物質由重的、移動緩慢（冷）且「各自為政」的粒子組成。