新研究表明：暗物質可能不會與引力互相作用

來自專欄 博科園

天文學家們又回到了暗物質可能是什麼樣子的黑暗中，新的觀測結果顯示這一神秘物質可能與引力無關，而不是與引力力相互作用。英國杜倫大學的安德魯·羅伯遜博士將於4月6日在利物浦的歐洲天文與空間科學周上發表新的研究成果。三年前，杜漢姆領導的國際研究小組認為他們在最終確定暗物質是什麼方面取得了突破。

• 哈勃太空望遠鏡拍攝的4個巨型星系的中心在Abell 3827中心，近三個小時的曝光顯示了人眼可見的波長，以及近紅外線，這是2015年最初的研究中使用的。在星團後面的一個更遙遠的星系被扭曲的圖像被模糊地看到，圍繞著四個星系。圖片：NASA/ESA/Richard Massey (Durham University)

使用哈勃太空望遠鏡的觀測結果顯示，Abell 3827星團中的一個星系——距離地球約13億光年——已經與圍繞它的暗物質分離。在碰撞過程中，如果暗物質與引力以外的力相互作用，那麼這種偏移就會被預測出來，這可能會為物質的存在提供線索。從地球上可以看到Abell 3827星團的機會取向，使其能夠對其暗物質進行高度敏感的測量。然而，同一組天文學家現在說，最近的觀測數據顯示，Abell 3827星團中的暗物質並沒有與它的星系分離。測量結果與暗物質只感覺到引力的關係是一致的。

該研究的主要作者、英國杜倫大學(Durham University)河外天文學中心的理查德·梅西博士(Dr Richard Massey)說：對暗物質的研究令人沮喪，但這是科學。當數據改變時，結論可以改變。與此同時，對暗物質的尋找也揭示了它的本質。只要暗物質不與周圍的宇宙相互作用，就很難弄清它到底是什麼。宇宙由大約27%的暗物質組成，其餘大部分由同樣神秘的暗能量組成。普通物質，如行星和恆星，貢獻了宇宙中相對較小的5%。暗物質比科學所理解的其他粒子多五倍，但沒有人知道它是什麼。

在Abell 3827星團中心的四個中心星系，在更廣泛的波長範圍內，包括哈勃太空望遠鏡成像在紫外線(顯示為藍色)和Atacama大毫米陣列成像在非常長的(亞毫米)波長(顯示為紅色等高線)。在這些波長處，前景集群變得幾乎透明，使得背景星系更加清晰可見，現在更容易確定背景星系是如何被扭曲的。圖片：NASA/ESA/ESO/Richard Massey (Durham University)

然而暗物質是宇宙今天看起來的一個重要因素，因為沒有它額外引力的約束作用，像我們銀河系這樣的星系在旋轉時就會分裂。在這項最新的研究中，研究人員使用了位於南美洲智利的阿塔卡馬大毫米陣列(ALMA)來觀察Abell 3827星團。阿爾瑪從一個不相關的背景星系中發現了被扭曲的紅外光，揭示了在之前的研究中未被確認的暗物質的位置。研究報告的共同作者，明尼蘇達大學的Liliya Williams教授說：我們用ALMA比哈勃太空望遠鏡得到了更高解析度的星系，暗物質的真實位置比我們之前的觀測更加清晰。

雖然新研究結果顯示暗物質和它的星系在一起，但研究人員說這並不一定意味著暗物質不會相互作用。暗物質可能只是相互作用很小，或者這個特定的星系可能會直接向我們移動，所以我們不會期望看到它的暗物質向側面移動。在過去的兩年里，一些關於非標準暗物質的新理論被發明出來，很多都是在杜倫大學用高性能的超級計算機模擬出來。羅伯遜是這項研究的合著者，他在杜倫大學的計算宇宙學研究所工作，他補充道:「暗物質的不同特性確實會留下一些明顯的跡象。將繼續尋找大自然來做我們需要的實驗，從正確的角度去看它。

一個特別有趣的測試是暗物質相互作用使暗物質團變得更加球狀，這是接下來要找的東西。為了測量數百個星系團的暗物質，並繼續進行這項調查，杜倫大學剛剛幫助建造了新的超級位望遠鏡，它通過一個巨大的氦氣球在地球大氣層上方升起，從而獲得了清晰的視野。這項研究是由英國皇家學會和英國科學技術設施委員會和美國國家航空航天局資助的，這一發現將刊登在《皇家天文學會月刊》上的一篇新論文中。

博科園-科學科普｜參考期刊：皇家天文學會月報｜來自：皇家天文學會

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