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哈勃发现了幽灵暗物质,全靠这个天然放大镜

2020-02-15 21:12暂无阅读:1500评论:0

在寻找暗物质时,天文学家必须进行一种“寻鬼”。那是因为暗物质是一种看不见的物质,不能直接看到。然而,它占了宇宙质量的大部分,形成了建造星系的脚手架。暗物质是把星系和星系团连在一起的引力“胶水”。天文学家可以通过测量它的引力如何影响恒星和星系来间接地探测它的存在。

神秘的物质不是由组成恒星、行星和人的相同物质组成的。这种物质是正常的“重子”物质,由电子、质子和中子组成。然而,暗物质可能是某种未知的亚原子粒子,与正常物质弱相互作用。

一种流行的理论认为暗物质粒子移动速度不快,这使得它们更容易聚集在一起。根据这一观点,宇宙中包含的暗物质浓度范围很广,从小到大。

天文学家们已经探测到了大型和中型星系周围的暗物质团。现在,利用哈勃望远镜和一种新的观测技术,天文学家发现暗物质形成的块状比以前所知的要小得多。

研究人员通过测量来自遥远类星体的光在太空中的影响来寻找哈勃数据中暗物质的微小浓度。类星体是遥远星系的明亮黑洞核心。哈勃的图像显示,这些类星体图像中的光被巨大的前景星系的引力扭曲和放大,这种效应被称为引力透镜。天文学家利用这种透镜效应来探测小的暗物质团块。星团位于望远镜的视线与类星体之间,以及前景透镜星系内部和周围。

利用美国宇航局的哈勃太空望远镜和一项新的观测技术,天文学家们发现暗物质形成的块状比以前知道的要小得多。这一结果证实了普遍接受的“冷暗物质”理论的基本预测之一。

根据这个理论,所有的星系都形成并嵌入在暗物质云团中。暗物质本身由缓慢移动或“冷”粒子组成,这些粒子聚集在一起形成的结构从银河系质量的几十万倍到不超过商用飞机重量的块状不等。(在这种情况下,“冷”指的是粒子的速度。)

哈勃望远镜的观测给出了对暗物质性质及其行为方式的新见解。

虽然在大中型星系周围发现了暗物质浓度,但直到现在还没有发现更小的暗物质团。由于没有观测到的证据证明这样的小块,一些研究人员开发了替代理论,包括“温暖的暗物质”。这一观点表明,暗物质粒子运动迅速,速度太快,无法融合形成较小的浓度。新的观测结果不支持这种情况,发现暗物质比温暖的暗物质替代理论中的“冷”更多。

事实证明,寻找没有恒星的暗物质浓度具有挑战性。然而,哈勃研究小组使用了一种技术,在这种技术中,他们不需要寻找恒星作为暗物质示踪物的引力影响。该小组瞄准了八个强大而遥远的宇宙“路灯”,称为类星体(活跃黑洞周围的区域,发出巨大的光)。天文学家们测量了围绕每个类星体黑洞运行的氧气和氖气体发出的光是如何被一个巨大的前景星系的引力扭曲的,这个星系就像一个放大镜。

使用这种方法,研究小组发现了暗物质沿着望远镜的视线向类星体,以及在中间的透镜星系及其周围聚集。哈勃探测到的暗物质浓度是银河系暗物质晕质量的1/10,000到1/100,000倍。这些小星系团中的许多很可能连小星系都不存在,因此传统的寻找嵌入恒星的方法是不可能检测到的。

这八个类星体和星系对齐得如此精确,以至于被称为引力透镜的扭曲效应产生了每个类星体的四幅扭曲图像。效果就像看着一个有趣的镜子。由于前景星系和背景类星体之间几乎需要精确的排列,所以这类星体的四倍图像是罕见的。然而,研究人员需要多幅图像来进行更详细的分析。

暗物质的存在会改变每个扭曲的类星体图像的表面亮度和位置。天文学家们将这些测量结果与不受暗物质影响的类星体图像的预测进行了比较。研究人员利用这些测量来计算微小暗物质浓度的质量。为了分析这些数据,研究人员还开发了复杂的计算程序和密集重建技术。

研究人员利用哈勃的广角相机3捕捉到每个类星体的近红外光,并将其分散到其组成颜色中,进行光谱学研究。背景类星体的独特发射在红外光中最明显。UCLA的研究小组成员SimonBirrer解释说:“哈勃的太空观测使我们能够在星系系统中进行这些测量,而地面望远镜的分辨率较低,而地球大气层对我们需要观察的红外光是不透明的。”

参考资源:NASA