宇宙暗物質---現形！
來源：聯合報--- 2007年1月9日

【聯合報╱編譯范振光╱報導
美國科學家利用哈伯太空望遠鏡，把看不見的暗物質（dark matter）繪成立體圖，讓暗物質具體呈現在世人眼前。新研究證實，宇宙大霹靂之後，暗物質分布後才有星系的形成。暗物質不發出光或電磁輻射，人類目前只能透過引力產生的效應，得知宇宙中有大量暗物質存在。科學家以往只能模擬暗物質的情況，加州理工學院教授麥西領導的團隊，以弱引力透鏡觀測法研究暗物質，運用哈伯太空望遠鏡觀測五十萬個遙遠星系一千個小時，繪出暗物質面貌。

麥西團隊的研究結果日前在西雅圖的美國天文學會大會中發表，並刊登在「自然」期刊。在整個宇宙中，普通物質只占六分之一，其他都是暗物質。對天文學家來說，要繪製宇宙的地圖，就像在夜間拍攝市區的空照圖，顯示的只有街燈。暗物質看不見，所以我們只能直接看到明亮的星系，而麥西團隊繪出暗物質立體圖，等於首度在白天拍到市區、郊區和道路的面貌。

根據現有理論，大霹靂發生後，冷暗物質（cold dark matter）形成宇宙的粗略架構，這些結構因本身的重量而瓦解，形成龐大的星系暈（halo）。星系暈的引力吸進普通物質，變成星系形成的中心。另一方面，麥西團隊的研究所得和現有知識衝突。現有理論認為，普通物質密集處幾乎和暗物質重疊，麥西團隊所見卻並非如此，有的暗物質團是單獨存在。英國德翰大學教授法蘭克指出，如果人類目前的天文知識是正確的，規模大到一定程度的暗物質團應該也有星系存在。法蘭克表示，問題關鍵在於，暗物質團單獨存在的情況有多普遍，如果發現許多龐大星系四周並無暗物質，會讓科學界震驚。麥西團隊發現暗物質團單獨存在，可能是觀測資料中的雜訊造成，但也可能真有其事。麥西表示，他不認為暗物質團單獨存在的發現，是數據誤差或分析方法的瑕疵造成。

俄羅斯《邊緣》網7月28日 消息,以享克-霍克斯特為首的加拿大多倫多大學的天文學家成功測出了看不見的星系光暈(也稱暈圈，星系光環)的大小并確定了其形狀。根據最新的天文學理論，這些星系由暗物質構成。多倫多大學的天文學家解釋稱，這些光暈的體積要比看得見的星系(也就是發光物質──星體)體積大5─8倍。這一研究結果已被提交給在澳大利亞悉尼舉行的第25屆國際天文學協會大會。

暗物質不會發出任何輻射，因此不可能使用傳統的天文學研究方法對其進行研究。暗物質占整個宇宙總質量的近25%。而宇宙質量的其它近75%則由“常規物質”(即由中子，質子和電子組成的物質，約占5%)和暗能(約占70%)所分攤。到目前為止，確定暗物質存在的信息是通過研究星系內星體自身及星際間氣體的運動而獲得的，另外就是通過計算機模擬宇宙的結構模式來獲取重要數據。

目前，享克-霍克斯特與他的同事霍華德-伊，以及目前在帕薩迪納(加利福尼亞)天文台工作的邁克爾-哥拉德在各自的研究中都運用了“重力透鏡”效應(所謂“重力透鏡”，就是質量龐大的天體通過重力作用使其它光源發出的光線在行進過程中發生偏離和扭曲)。天文學家們通過測算光線與光源之間的偏移度就可以對那些借助任何儀器都難以觀察得到的天體進行研究，目前這一研究方法在天文物理學研究中已形成了一股熱潮。利用1億像素的數碼照相機和安裝在夏威夷島上的大功率天文望遠鏡，天文學家們對150多萬個被附近12萬個星系的“重力透鏡”所扭曲的遙遠星系的形狀進行了研究。這一研究過程持續了兩年(從1999年開始)，然后他們又花了兩年時間對所獲取的數據進行處理。

最后得出結論：這些看不到的光暈被急劇“削弱”而形成雞蛋狀或橄欖球狀。享克﹒霍克斯特教授還指出，我們所在的星系銀河系的光暈超過50萬光年，其質量約為太陽的8800億倍。這一研究數據再次証實了當前被天文學界普遍接受的理論──宇宙充滿著“冷暗物質”，也就是運動較緩慢的微粒(與快速運動的“熱”微粒相區別)。這一研究結果還為其它宇宙模式理論給予了必要的沖擊。因為目前一些科學家試圖發展另外一種學說，即不存在任何暗物質，所觀測到的“重力透鏡”現象也只是星系中普通物質萬有引力定律的特殊情況。但是，享克-霍克斯特教授相信，他們的研究工作將最終推翻這種學說。霍華德- 伊 教授也認為，新的研究成果將給“該派理論的棺材上釘上最后一顆釘子”。

（法新社華盛頓十三日電） 英國德倫大學宇宙學家今天公布研究指出，宇宙誕生之初形成的星系，可能解開暗物質本質之謎，為困惑許久的科學家帶來一線曙光。德倫大學宇宙學家以複雜的電腦模擬技術獲得結論，由「冷」物質與「熱」物質組成的暗物質，是銀河星系形成的關鍵。「科學」雜誌助理編輯 貝克 女士說：「暗物質引力為宇宙星系最初形成的基礎，它的能量則影響星系如何且在何處形成」。「如果未來的望遠鏡能觀測到最早的星系，我們或許能藉由單純地觀察星星，發現潛在的暗物質能量，告訴我們暗物質的可能成分」。一百三十七億年前宇宙發生大爆炸後，體積快速膨脹，不過之後一億年膨脹速度穩定且黑暗。科學雜誌表示，之後暗物質開始成形，其引力凝聚氣體，形成星系。德倫大學的電腦模型演算發現，速度緩慢的「冷黑暗物質」，使得最早的星系單獨形成，反觀「熱黑暗物質」，則造成大量星系快速形成，構成絲狀結構。宇宙學家高良（譯音）說：「這些絲狀結構長度約九千光年，相當於現今銀河系的四分之一大小。最光輝的星爆，當初必定以極壯觀方式照亮黑暗的宇宙」。宇宙學家認為，這種早期的星系必定還存在於銀河內，發現它們，將能替渴望瞭解暗物質本質的科學家帶來重要線索。

在距離我們120億光年遠的地方，天文學家發現一些黑暗物質的團塊（clumps），這些物質可以孕育出數個年輕的星系。這項結果使得太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）、日本國家天文台（National Astronomical Observatory of Japan）和東京大學（the University of Tokyo）的研究人員確認了目前盛行的宇宙學理論「冷暗物質模式」（Cold Dark Matter model）的預測。最近的研究認為暗物質大約有一般物質的七倍之多。雖然暗物質無法透過望遠鏡直接看到，但是它的重力會對鄰近的恆星、氣體和星系產生引力而顯現出它的存在。星系通常由於重力的牽引而聚集成群。經由研究星系如何成群，這可能可以決定暗物質的分布和它如何影響星系的誕生及成長。在過去研究年輕星系的成群是極度地困難，因為它們距離遠而顯得很暗，想要找到足夠的數量來研究它們是如何成群的，在觀測上是一項挑戰。太空望遠鏡科學研究所Masami Ouchi和其同僚利用 Subaru 望遠鏡來探索鯨魚座內的一小片天空進行所謂的 Subaru/XMM-Newton 深空搜尋計畫（Subaru/XMM-Newton Deep Survey Field ，簡稱SXDS），這塊天空大約有五個滿月的面積。經由擷取三種色光的深入影像，SXDS團隊能夠找到約17,000個距離我們120億光年遠的年輕星系，比從前發現的年輕星系多了10倍以上。從這些數據，這個團隊發現：有許多成對的星系其相距少於80萬光年，且在更遠的距離中，星系通常相聚成群。這兩項結果顯示星系的誕生是「築巢」於暗物質的團塊內。SXDS團隊將觀測結果與團隊成員 Takashi Hamana 所提出的理論「冷暗物質模式」預測作一詳細比較，他們發現暗物質團塊的質量大約有太陽質量的6000億倍，而每單一個團塊可供數個年輕星系的誕生。另外個別地， 日本國家天文台的 Nobunari Kashikawa和其同事也利用 Subaru 望遠鏡來對后髮座內的一小塊天空作研究（Subaru Deep Field，簡稱 SDF），這天空區域只有一個滿月大小但它的資料敏感度卻是 SXDS 的二倍。 SDF 團隊在距離我們120億光年遠的地方發現了5,000個年輕星系，另外在125億光年遠的地方找到了更年輕的星系。同時SDF 團隊能夠利用 Subaru和Keck望遠鏡作光譜分析來確認這些星系的身份。這個團隊個別地得到前述的二項結果，也推論出單一暗物質團塊可形成多個年輕星系。在SDF的影像中是可能看到數個新生的星系群集在一小塊區域內。將SDF資料與團隊成員東京大學Masahiro Nagashima 所做的「冷暗物質模式」團塊成長的數值模擬作一詳細比較，SDF團隊認為較重的暗物質團塊會有較明亮的星系存在。這二個研究團隊都發現了首次有關在宇宙早期中星系於團塊中形成和單一暗物質團塊可孕育多星系的明確證據。


【大紀元1月9日 訊】 英科學家最近指出，人類所能觀測到的那些色彩絢麗的壯麗星系可能只占宇宙的一小部分，宇宙中還存在大量看不見的“影子星系”，它們基本上由暗物質构成，恒星和星際塵云的含量极少甚至沒有。英國皇家天文學會發表的新聞公報說，劍橋大學的3位天文學家認為，宇宙中暗星系与普通可見星系的數量比例可能高達100比1。他們還根据天文觀測指出，一個名叫UGC10214的星系附近可能存在著一個這樣的暗星系。科學界已經發現，宇宙中約有90％的物質以看不見的“暗物質”形式存在，它們在電磁波譜的各個波段都是不可見的，普通可見星系中就有大量的暗物質。劍橋大學的科學家說，除此之外，應當還存在許多完全由暗物質构成的暗星系。科學家說，根据廣義相對論，光線在經過巨大質量的天体附近時會發生彎曲，如果一個暗星系全都由基本粒子构成，它將能起到引力透鏡的作用，使遙遠可見星系的光芒發生扭曲，觀察這种引力透鏡效果將能探測到暗星系的存在。科學家指出，他們發現UGC10214星系里存在一股向外流的物質流，仿佛受到附近一個大質量天体的強烈引力作用，但是天文學家在這股物質流所流向的終點卻什么也沒有觀察到，這意味著那里可能存在一個暗物質組成的星系。(光明日報)