哈伯望远镜发现暗物质理论缺少了某些成分

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暗物质不会吸收、发射和反射光线,而仅透过重力影响其他物质。 暗物质群聚(又称暗物质晕)形成宇宙结构的基础,因其庞大重力吸聚气体,促成星系形成。

暗物质不会吸收、发射和反射光线,而仅透过重力影响其他物质。 暗物质群聚(又称暗物质晕)形成宇宙结构的基础,因其庞大重力吸聚气体,促成星系形成。

远方星系的光线会受前景星系团的重力影响产生偏折,因而呈现放大、扭曲或有多重的影像,此称为重力透镜效应(gravitational lensing)。

透过观测光线偏折的程度,可以回推前景星系团中的暗物质分布──质量越聚集则偏折越大。 此外,由于暗物质在星系团中的分布具有不同尺度的结构,因此可以把重力影响叠加,看成大尺度(星系团)的透镜上加小尺度(星系)的透镜。透过哈伯望远镜,科学家发现远方星系因星系团的重力透镜效应,呈现大尺度的弯曲弧形(arc)和拉长(elongate)的形状。 此外,又发现因星系重力进一步偏折,所造成的小尺度弧状和扭曲影像〈如附图〉。 搭配VLT(Very Large Telescope)的光谱观测,科学家得以决定星系内部恒星的速度,并估算个别星系的质量及距离。

为了和观测结果比较,科学家先从电脑模拟中,找出质量、距离和形态皆类似观测的星系团,并再计算其重力透镜效应。 藉此,科学家发现电脑模拟中星系尺度的重力透镜效应,发生频率远较实际观测到的低,显示星系中的暗物质分布比理论预期更集中。 此结果矛盾的可能解释有两个,其一是现有理论模拟仍然少了关键的物理机制,亦或是我们对暗物质的特性有不了解之处。 NASA的新一代望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope),将能提供更多的观测数据来帮助了解该谜题。 此篇研究刊登于《SCIENCE》。 更多信息请参考《NASA》和下方链接。 〈编译/陈姝蓉〉

图说:这是哈伯望远镜看到的MACS J1206星系团影像〈可见光和红外光波段〉。 前景星系团的重力就像巨大透镜般,放大遥远星系并扭曲它的形状〈如图片中央 环状拉长的影像〉。 星系团中央的有些质量较大的星系,像小尺度的透镜般近一步扭曲放大背景星系影像。 藉由分析重力透镜后的影像,可以估算出前方星系团暗物质的分布。 右上和下方显示星系尺度的重力透镜效应,远方偏蓝的星系被前方偏红的星系的重力透镜效应影响,呈现环形和多重的影像。 左上图,其中红色的团块是远方星系的云气,被重力透镜偏折后呈现的四重影像。 这是VLT的观测结果,远方星系非常黯淡没有显示在哈伯望远镜的观测中。 Credits: NASA, ESA, P. Natarajan (Yale University), G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), the CLASH-VLT/Zooming teams; acknowledgment: NASA, ESA, M. Postman (STScI), the CLASH team

数据来源:Phys.org

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