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近太陽系13,000光年內訪暗物質無功而返

 在太陽系四周尋訪暗物質,並且規模比同類計畫更大的暗物質普查計畫,最近出師不利-空手而回。這個調查的結果發現,應該有暗物質的地方,結果暗物質數量竟然最多都沒有超過預測值的1/10。這和暗物質的傳統觀點很難取得一致。

如果這個令人驚訝的研究結果最後得到證實,它將也顛覆了一個天文學界長期以來的共識,數十年來,宇宙論一直偏重倚賴這種「會施加重力拉力,但卻不發光」的暗物質 – 這種暗藏的框架能解釋很多事情:宇宙的結構如何出現、星系如何形成、甚至為什麼銀河系這麼快速旋轉卻並未見到它四散紛飛。根據理論學者的看法,若拿掉暗物質,而單單是靠恆星和氣體這些可見物質的份量,在宇宙中有許多事情應該根本不能發生。

在這個調查中,以智利天文學者Christian Moni Bidin為首的團隊用ESO 的La Silla 2.2米及其他3座望遠鏡,在以太陽系為中心延伸的周圍區域進行了測量。雖然無法直接測量這塊區域本身的質量,但藉由這塊區域對經過恆星在速度上所產生的影響,其全部質量總數仍推估可得。

研究人員所測量的範圍是鄰近太陽4,000(角)秒差範圍內的區域(大約13,000光年) – 大約15度夾角內,銀河系扁平狀盤面略偏下方的位置,該區域中恆星數量大約400顆,然後該團對用這觀測結果來推斷銀盤另一側(上側)恆星的速度。這個普查的規模數量比先前其他類似調查大4倍。

結果他們發現:最多只能在這塊區域中找到原先模型所估計暗物質數量的~1/10。

除非暗物質是擠壓成一顆直立的橄欖球形,而不是一顆圓形的足球,否則這個研究結果不大可能和其他研究人員對暗物質所做的研究取得一致。大約自1970年以後,暗物質就被認為是一種必須存在的物質,譬如在銀河系的周邊就應該有暗物質,否則飛速旋轉的銀河系,應該會分崩離析才對。

Moni Bidin等人所組的研究團隊表示,如果暗物質的分布密度果然這麼低,那麼各種以直接偵測到「暗物質粒子」為目的而設計的實驗,「注定將要失敗」。

不過還有其他的研究團隊則持反面意見說,除非再有別的團隊在觀測上取得相同結論,否則他們將不會輕易接受這個結果,他們也沒打算這麼輕易就放棄暗物質理論。該篇論文的審查委員之一Chris Flynn表示,這種測量有相當的挑戰性,它存在好幾種盲點,而可能導致它無法偵測到暗物質。不過,即便存有疑慮,Chris Flynn仍然授予論文作者「既同意又不同意」的論文發表許可。

另一位天文學者Heidi Newberg則表示,這個研究結果強烈受到銀河系盤面四週組成物質為何的影響,就如大家所熟悉的,這個區域主要是由普通物質所組成 -這或許難怪在此區域找暗物質會毫無斬獲:差不多就像緣木求魚。

雖然這個研究結果的基礎架構很標準,但無可避免地,它仍是相當粗略的假設,在許多細節上,未必精確。舉例說:該團隊假設銀河系盤面上側和下側的星群分布對等、且光滑平均,如果事實上星群分布是呈波浪狀起伏的,就像星系外側的恆星分布那樣,那就有可能導致暗物質密度的計算結果不正確。

雖然不盡完美,就連研究團隊本身也不確定究竟暗物質存在或不存在,在同類型的暗物質普查中,這個研究仍是目前為止,最為詳盡的,其結論仍具有相當參考價值。(Lauren 譯)

圖片說明:在一個以太陽系附近太空為對象的調查中,結果發現,這裡的暗物質數量最多竟然不超過預測值1/10,這張銀河系照片顯示出在銀河系周圍有一圈藍色的「暈」,一般預期,該是神秘的暗物質應該存在的地方。標示在太陽系附近的藍色虛線球體狀顯示著新出爐的調查所涵蓋的範圍,但並非調查範圍精確的形狀。

資料來源:中研院天文網[2012.04.25]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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