侦测暗物质，“哈勃”很给力

文|汉 水

侦测暗物质，“哈勃”很给力

文|汉 水

侦测星系团中的暗物质

借助“哈勃”太空望远镜，根据“引力透镜”原理，科学家们绘制了一幅暗物质分布图，从而标示出了一个巨型星系团中的暗物质分布情况。

这个星系团名为“阿贝尔1689”，包括大约1000个星系和10000亿颗恒星，距离我们22亿光年。由于“阿贝尔1689”含有大量的暗物质，巨大的引力使它宛若一个宇宙中的放大镜，它背后遥远星系发出的光都被它扭曲和放大了，这就是“引力透镜”效应。这种效应有点类似“哈哈镜”，它把现实中的景物放大和扭曲了，正是这些变了形的影像为天文学家们推测星系团中的暗物质提供了宝贵的线索。假若这个星系团中只有看得见的物质，那么它所导致的影像变形就会弱得多。

这项研究的带头人是美国国家航空航天局喷气推进实验室的天文学家丹·科尔，他和他的同行们首先要借助“哈勃”上的“巡天先进相机”测绘“阿贝尔1689”中暗物质的具体位置。科尔说：“引力透镜产生的图像如同巨大的谜题，我们要做的就是分析‘阿贝尔1689’的物质分布，把它的质量标示出来，这是前所未有的事。”

这些科学家发现，“阿贝尔1689”核心区域的暗物质比以前估计的要多得多。这一发现令科学家们十分惊讶，因为在宇宙的早期，星系团的成长是受到暗能量阻止的，所以人们并不认为它们形成得那么早。说到暗能量，它在今天也具有和暗物质同样的神秘性。简单地说，它是宇宙膨胀模型中人们提出的一种假想，指某种充溢于宇宙中的具有负压强的能量，它和暗物质正好相反，其作用是拉开星系间的距离，让星系彼此远离。科学家们认为，在“阿贝尔1689”中存在如此大的暗物质质量表明，星系团的形成比此前人们估计的要提早几十亿年。科尔解释说：“在宇宙的早期，宇宙比现在小，暗物质的密度更高，而‘阿贝尔1689’似乎在形成之初就吸收了分布于它四周的密集的暗物质，这些暗物质被这个星系团一直带到它‘成年’，并在今天被我们侦测到。”

目前，一个名为“哈勃星系团透镜与超新星巡天”（简称CLASH）的探测计划正在进行之中，它的任务就是分析大型星系团中的暗物质。在未来接近三年的时间里，科学家们将用“哈勃”太空望远镜观测25个星系团，从而对宇宙中暗物质的分布、早期宇宙星系团的形成以及早期宇宙中暗能量的作用等问题作更进一步的研究。

绘制宇宙暗物质三维数字地图

2007年1月，科学家们宣布，他们利用“哈勃”太空望远镜获得的数据，首次绘制完成了一幅宇宙暗物质的三维数字地图。在这张数字地图中，科学家们根据“哈勃”的观测数据，不仅标示出了暗物质所在的空间，而且显示了它们存在的时间，而地图中与暗物质相对的“亮物质”由于所占比例极小，所以看上去就像黑夜中闪亮的宝石。

由于暗物质不发光，天文学家们无法直接拍摄到暗物质的图像，只能通过被引力扭曲的光线分析暗物质的方位和大小，所以“哈勃”只能在可见光波段观测“引力透镜”现象，对大约50多万个星系进行了数据采集，最终据此绘制了这幅三维数字地图，它显示了相当于9个满月大小的一片天区中的暗物质分布情况。这项成果发表在2007年1月7日的《自然》杂志上。

在这幅三维数字地图上，人们看到，随着早期宇宙向现今宇宙的过渡，暗物质的组成也从细丝状向团块状发展，这种情形与现今流行的理论相吻合。科学家们认为，宇宙中的物质在开始的时候呈现着一种相对均匀的分布，后来才逐渐发展成现在这种不均匀的分布，并在物质密度很高的地方产生了恒星、星系和星系团。这种理论还认为，暗物质比普通物质更早一些合并，它们组成了更大的结构，形成了一种至关重要的“背景”，而星系和星系团则是在这个背景基础上逐渐形成的。宇宙暗物质三维数字地图作为一种生动的图示，对宇宙暗物质的分布和演化作了形象化的描述，它对人类研究宇宙的起源和演化具有重大意义。

在利用“引力透镜”侦测暗物质方面，“哈勃”可谓功勋卓著。2006年8月，当“钱德拉”X射线太空望远镜观测到了船底座两个星系团相互碰撞的景象，并由此找到暗物质存在的证据时，“哈勃”太空望远镜和另一台地面大型望远镜——位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的“大麦哲伦”望远镜也从可见光波段观测到了由暗物质导致的“引力透镜”现象，从而进一步印证了“钱德拉”X射线太空望远镜的观测结果。