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科学家发现宇宙暗物质踪迹 或解析宇宙起源

而他们所运用的这种观测技术,应该能帮助天文物理学家了解宇宙结构,并且可以辨认出一种神祕不可见、被称为暗物质的物质。相对于以直接方式去搜寻暗物质的科学努力(譬如LHC,强子对撞器),重力透镜技术具有其互补的价值。

暗物质

  如果说宇宙是靠暗物质的框架撑起来的一个躯干,那么现在我们已经找到了其中的 –一根手指头,或许最后这根手指还能为我们指向星系是在哪里成型的终极答案!现在。研究人员已经直接侦测到桥接了两星系团之间的一段细长状的暗物质。而他们所运用的这种观测技术,应该能帮助天文物理学家了解宇宙结构,并且可以辨认出一种神祕不可见、被称为暗物质的物质。

  根据宇宙学的标准模型,可见的恆星和星系是以一个通常我们以宇宙网称之的模式,分布在整个天空中,最初,这个网是被暗物质所蚀刻出来的。一般认为,宇宙物质的80%由暗物质组成。德国慕尼黑大学观测站的宇宙学者Jorg Dietrich在解释本次研究内容时表示,话说在大霹雳后不久,有些较重的区域会把暗物质拉进去,它们彼此成块状聚集成团,并且最后塌缩成扁平状的松饼,在松饼交会的区域里,会有长条状或是丝状结构的暗物质。而这些丝状结构交会的地区,也就是宇宙网中所谓的节点处,星系群,也就是在那里形成。

  暗物质的存在与否通常是以推估而得。推估的方式是,借由很强的重力弯曲了位置在它背后的遥远星系所发出的光的这种现象,去做进一步推算。从地球上的望远镜的角度看,强大的重力常会使远方星系的形状呈扭曲变形,不过,要是使用重力透镜这种方式的话,那却很难观测到呈现于丝状结构下的暗物质,因为,相对的,它的质量甚小。

  研究员Dietrich领军的这个团队,靠观测一个大质量丝状结构的方式,闪过了这个观测上的难题,因为这个连接在Abell 222和Abell 223这两个星系群之间的这一条丝,长达18Mpc(百万秒差距)。事实上,很幸运的是,这座暗物质桥的角度和位置都非常刚好,恰到好处地沿着适合从地球的角度去观测的方式摆放在那里,这使得重力透镜获得了强化的效果。在这个叫做重力透镜的工具的帮忙下,研究人员一共检视分析了4万多个背景星系的变形资料,最后连丝状结构的质量也推算出来:它大约有太阳质量的6.5 × 10^13倍到 9.8 × 10^13倍左右。

  丝状结构的电浆所发出的X射线资料,透过XMM-牛顿卫星观测站可以获得, 在加以计算后,于是研究人员得知:在这个丝状结构中,热气体的质量佔不超过9%,而透过电脑模拟分析则是知道,其中,可见物质的恆星和星系等的比例也不超过10%,也就是说,丝状结构中,大部份当然都是由暗物质所组成的。

  来自美国MIT的天文学者Mark Bautz表示,目前为止,天文学家还不清楚可见物质会如何遵循暗物质所建立起来的路径架构,所以,在这个不寻常的系统中,最令人感到振奋的部份就是在于,它是能同时绘製出暗物质和可见物质地图的一个系统,如此一来,应能知这道两者能如何沿着丝状结构的路径互相接连和进行演化。日本预定在2014年即将发射一座X射线太空望远镜”Astro-H”,届时这座仪器将能进一步取得丝状结构中电浆的电离态和温度等等特性资料,更精确地辨别出这种丝状结构如何形成,在不同模型间有哪些差异。

  因为不同特性的粒子在丝状结构中团结成块的方式也有所不同,譬如说它的粒子特性是冷的(移动得慢)或者它像中子一样,是温的(移动得快),这些特性都有其意义,进一步将这种技术加以微调,将有助于描绘出暗物质的诸多细节和特性。预定2019年将发射的Euclid太空计划,届时也可以提供更多的重力透镜资料。相对于以直接方式去搜寻暗物质的科学努力(譬如LHC,强子对撞器),重力透镜技术具有其互补的价值。一位ETH Zurich的天文学者Alexandre Refregier作出以上表示。

  • 责任编辑:川夏

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