【正见新闻网2020年09月14日】
图：哈勃望远镜拍摄的星系团MACS J1206照片。图中扭曲的弧形图像是星系团整体对遥远背景天体的引力透镜效应造成的。而放大的三个小图也有类似的小尺度弧形图像，是由于星系团中单个星系对背景天体的引力透镜造成的。这说明了暗物质在星系团和其中单个星系的尺度上都有大量聚集。Credit: 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
暗物质是宇宙模型中最重要的组成部分之一。这种奇异物质对于宇宙的起源和演化都有至关重要的影响。然而，最新的研究表明目前对暗物质的理论很可能有严重缺陷。这将可能动摇整个宇宙模型的基石。
现在的宇宙模型认为宇宙中大约85%的物质都是暗物质。之所以称为暗物质，是因为它完全不发光，所以无法被直接观测。它的存在只有通过其对宇宙中可见物质的引力才能探测到。
天文学家探测暗物质的一种常见方法是测量其引力如何扭曲其周围的宇宙空间，这种现象称为引力透镜。
令人惊讶的是，新观测发现，星系团中的小型暗物质集团产生的引力透镜效应比预期强10倍。
星系团是宇宙中最庞大的结构，由许多星系组成。它是宇宙中最大的暗物质仓库。它们不仅在很大程度上由暗物质的引力保持在一起，而且各个星系本身也充满了暗物质。因此，星系团中的暗物质既有大范围也有小范围的分布。
“星系团是了解宇宙的计算机模拟是否能正确表现我们对暗物质及其与可见物质相互作用的理想实验室。”文章第一作者，意大利国家天体物理研究所(INAF)的研究员Massimo Meneghetti说。
Meneghetti补充道：“在比较这项研究中的计算机模拟和观测数据时，我们进行了许多仔细的测试，然而我们仍然发现不匹配的情况。这种差异的一个可能原因是，我们目前的理论模型缺少一些关键的部分。”
美国耶鲁大学(Yale University)的Priyamvada Natarajan教授说：“我们目前的理论模型根本无法理解真实宇宙的一个重要特征。我们目前理论对于了解暗物质的本质及其性质与真实宇宙情况之间还有巨大的鸿沟，因为这些精美的观测数据使我们能够在最小尺度上探究暗物质的详细分布。”
暗物质在星系团中的分布是通过它们产生的引力透镜效应来绘制的。暗物质的引力放大并扭曲了来自远处背景天体的光，就像放大镜一样。甚至有时同一个背景天体会被引力透镜扭曲形成多个图像。星系团中暗物质的浓度越高，其光弯曲越剧烈。
利用哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)和欧洲南方天文台的超大望远镜(Very Large Telescope)的观测数据，研究团队制作了准确的，高保真度的暗物质分布图。
研究团队确定了数十个由于引力透镜多重成像的背景星系。通过测量引力透镜造成的光线扭曲，研究团队可以了解暗物质的数量和分布。
令研究团队诧异的是，哈勃望远镜的图像还显示出较小规模的弧形和扭曲的图像，这些图像嵌套在每个星系团最核心的大质量星系区域内。
研究团队认为，这些小规模的扭曲图像是单个星系暗物质的引力造成的。
研究团队进一步利用光谱测量星系团内几个星系内部恒星绕行的速度。 “根据我们的光谱学研究，我们能够将星系与每个星团相关联，并估计它们的距离。”意大利费拉拉大学(University of Ferrara)的Piero Rosati教授说。
意大利国家天体物理研究所的研究员Pietro Bergamini补充说：“恒星的绕行速度使我们可以估算出每个星系的质量，包括暗物质的质量。”
研究团队将观测到的暗物质分布图与计算机模拟的类似星系团样本进行了比较。结果在计算机模拟中的星团在最小尺度上没有显示出观测到的暗物质浓度，而这个尺度正是与宇宙中与各个星系相关的尺度。
研究团队计划进一步分析观测数据并与目前暗物质模型进行比较，希望能找到现在理论的缺陷原因和揭示暗物质的本质。
这项新研究发表于2020年9月11日的《科学》杂志上。