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连接星系团暗物质桥被首次发现 |
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有助于了解宇宙构成、确定暗物质构成 |
暗物质细丝，例如星系团Abell 222和Abell 223之间的桥梁， 被认为包含了超过一半的宇宙物质。
图片来源：Jorg Dietrich，密歇根大学/慕尼黑大学天文台
天文学家日前首次观测到最终决定星系在哪里形成的宇宙暗物质骨架的一根“手指”。研究人员已经直接发现了连接两个星系团的一条细长的暗物质桥梁，运用这一技术，最终有可能帮助天体物理学家理解宇宙的结构，以及确定究竟是什么构成了被称为暗物质的神秘无形物质。
根据宇宙论的标准模型，可见的恒星和星系追踪着跨越天空的一个模式，后者被称为宇宙网，最初是由暗物质蚀刻出来的，而暗物质则被认为占据了近80%的宇宙物质。
在宇宙大爆炸后不久，密度比其他区域略高的那些区域会吸入暗物质，它们成群聚集在一起并最终塌缩成扁平的“薄煎饼”。德国慕尼黑大学天文台的宇宙学家Jorg Dietrich解释说：“在这些‘煎饼’相交的地方，你便得到了长链暗物质，或者说细丝（丝状物）。”星系团随后形成于宇宙网的节点，而那里正是细丝交叉的地方。
暗物质的存在往往通过其强大的引力使来自背后遥远星系的光线发生弯曲加以判断——光线明显的扭曲形状能够在地球上用望远镜进行观测。但是研究人员很难通过细丝中的暗物质观测到这种“引力透镜”作用，这是因为暗物质只有相对很少的质量。
Dietrich和他的同事通过研究一根连接星系团Abell 222和星系团Abell 223的特别巨大的细丝（长度为18百万秒差距），从而解决了这一问题。Dietrich说，幸运的是，这条黑暗的桥梁是定向的，它的大部分质量倾斜在地球视线的一侧，从而增加了透镜效应。研究人员分析了4万多个背景星系的扭曲情况，并计算出细丝中的质量介于太阳质量的6.5×1013至9.8×1013倍。研究人员在最新出版的《自然》杂志上报告了这一研究成果。
通过研究细丝中的等离子体发出的X射线——由XMM-牛顿探测器进行观测，研究小组计算出，不到9%的细丝质量可能是由热气体构成的。研究小组的计算机模拟结果显示，另外约10%的质量可能源于可见的恒星和星系。因此，Dietrich说，宇宙的大部分必然是暗物质。
美国剑桥市麻省理工学院的天体物理学家Mark Bautz强调，天体物理学家并不清楚可见物质如何遵循暗物质给出的路径。他说：“令人激动的是，在这个不同寻常的系统中，我们可以将暗物质与可见物质结合在一起，并尝试着找出它们是如何沿着细丝连接和发展的。”计划于2014年发射的日本Astro-H X射线空间望远镜将能够描绘细丝中的等离子体的离子化状态及温度，这将有助于在研究结构如何形成的不同模型之间进行区分。
完善这项技术同时还有助于确定暗物质的属性——它到底是一种冷粒子（可缓慢运动）还是一种暖粒子（可快速运动，就像中微子一样），这是因为不同的粒子会沿着细丝以不同的方式聚集。将于2019年发射的欧几里得空间任务能够提供更多的透镜数据。瑞士苏黎世联邦理工学院的宇宙学家Alexandre Refregier表示：“这将补充直接的暗物质搜索，例如大型强子对撞机。”（来源：中国科学报 赵路）
