■張慧

在2012年3月，天文學(xué)家通過分析哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在大質(zhì)量星系團(tuán)碰撞后的殘骸中留有暗物質(zhì)團(tuán)。這一觀測(cè)結(jié)果挑戰(zhàn)了現(xiàn)存有關(guān)暗物質(zhì)的預(yù)測(cè)理論：即在星系團(tuán)碰撞過程中，星系與暗物質(zhì)緊密相連。

阿貝爾520是一個(gè)巨大的合并星系團(tuán)，距離地球24億光年。暗物質(zhì)能夠產(chǎn)生像放大鏡一樣的效果，使其后面的星系和星系團(tuán)發(fā)出的光線彎曲偏折。天文學(xué)家利用這種引力透鏡效應(yīng)，推測(cè)出了大質(zhì)量星系團(tuán)中暗物質(zhì)的存在。

這項(xiàng)觀測(cè)顯示出阿貝爾520星系團(tuán)中的暗物質(zhì)聚集形成了“暗物質(zhì)核心”，其中包含的星系數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于預(yù)測(cè)。很明顯，大部分的星系在碰撞期間游離到了很遠(yuǎn)的地方。

加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的天文學(xué)家，該觀測(cè)報(bào)告的主要作者詹姆斯·杰稱：“暗物質(zhì)的表現(xiàn)不同于預(yù)測(cè)情況，但具體原因目前尚未明確。用現(xiàn)存的星系形成和暗物質(zhì)理論很難解釋哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果?！蹦壳霸撚^測(cè)報(bào)告已經(jīng)由《天體物理學(xué)》雜志接受，并已在網(wǎng)上發(fā)表。

天文學(xué)家最初在2007年發(fā)現(xiàn)星系團(tuán)中存在有暗物質(zhì)。但是由于缺乏數(shù)據(jù)，天文學(xué)家將這種不平常的現(xiàn)象視為假象，并未予以重視。哈勃望遠(yuǎn)鏡最新的觀測(cè)結(jié)果顯示，阿貝爾520星系團(tuán)中的暗物質(zhì)和星系是分離開的。

星系團(tuán)是宇宙中最大的結(jié)構(gòu)，研究暗物質(zhì)總質(zhì)量的方法之一就是分析星系團(tuán)之間的碰撞。天文學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)星系團(tuán)碰撞時(shí)星系會(huì)像一條被拴著的狗一樣，緊緊跟著暗物質(zhì)。而熾熱的氣體云和X射線放射出的星系際氣體則會(huì)相互作用，逐漸減速，落在后面。

上述理論得到了觀測(cè)數(shù)據(jù)的支持：當(dāng)兩個(gè)星系團(tuán)猛烈碰撞形成子彈星系團(tuán)時(shí)，天文學(xué)家觀測(cè)到了可見光和X射線。這已成為星系團(tuán)中暗物質(zhì)行為表現(xiàn)的樣本案例。

針對(duì)阿貝爾520星系團(tuán)的研究表明，暗物質(zhì)的行為并非如此簡單。通過最初的觀測(cè)數(shù)據(jù)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)該星系團(tuán)的核心中含有大量的暗物質(zhì)和熾熱氣體，但是沒有發(fā)光星系。而通常情況下，發(fā)光星系會(huì)和暗物質(zhì)處于同一位置。錢德拉X射線天文臺(tái)被用于追蹤熾熱氣體。同時(shí)，天文學(xué)家使用設(shè)在夏威夷島莫納克亞（毛納基）山頂?shù)募臃ㄏ耐h(yuǎn)鏡和昴星望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，通過測(cè)定由遠(yuǎn)處背景星系發(fā)出的產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)的光線，推測(cè)出了暗物質(zhì)的位置。

隨后，天文學(xué)家通過使用哈勃望遠(yuǎn)鏡上的2號(hào)寬視場(chǎng)行星照相機(jī)進(jìn)行了拍攝（該照相機(jī)能追蹤到背景星系中的細(xì)微的光線扭曲變化），并據(jù)此繪出了暗物質(zhì)的分布圖。令天文學(xué)家驚奇的是，哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了2007年的發(fā)現(xiàn)。

杰說：“我們描繪出大約六個(gè)暗物質(zhì)分布圖，它們都是由高速星系團(tuán)撞擊形成的。其中子彈星系團(tuán)和阿貝爾520星系團(tuán)的近期合并證據(jù)最為清晰，但二者的表現(xiàn)卻不同。目前沒有任何理論能夠解釋這兩次碰撞中暗物質(zhì)為何有不同表現(xiàn)，我們需要更多的觀測(cè)樣本?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)對(duì)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)做出了數(shù)種解釋，但都未得到眾多天文學(xué)家的認(rèn)可。某種情況下一些暗物質(zhì)能夠出現(xiàn)天文學(xué)家稱為“粘住”的狀況，這種情況可能會(huì)產(chǎn)生驚人的推斷。普通物質(zhì)撞在一起時(shí)，會(huì)像兩個(gè)雪球撞擊在一起那樣減速。而科學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)粒子碰撞時(shí)會(huì)相互穿越，而不會(huì)減速。這種觀點(diǎn)解釋了為什么一些暗物質(zhì)自身會(huì)發(fā)生作用，碰撞后會(huì)留在原地。

另一種可能成立的解釋是，與子彈星系團(tuán)相比，阿貝爾520星系團(tuán)的形成經(jīng)歷了更復(fù)雜的相互碰撞。阿貝爾520星系團(tuán)可能是由三個(gè)星系團(tuán)相互碰撞形成的，而子彈星系團(tuán)只是由兩個(gè)星系團(tuán)相互碰撞形成的。

第三種可能是，核心部分包含了許多星系，但由于這些星系太暗，即使哈勃望遠(yuǎn)鏡都無法觀測(cè)到。這些星系的恒星數(shù)量很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他普通星系中恒星的數(shù)量。該團(tuán)隊(duì)將利用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)建立計(jì)算機(jī)仿真模型，重現(xiàn)星系團(tuán)碰撞的過程，來尋找暗物質(zhì)奇異表現(xiàn)的答案。