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暗物質絲跡乍現

如果說宇宙是靠暗物質的框架撐起來的一個軀幹,那麼現在我們已經找到了其中的 –一根手指頭,或許最後這根手指還能為我們指向「星系是在哪裡成型」的終極答案!現在。研究人員已經直接偵測到橋接了兩星系團之間的一段細長狀的暗物質。而他們所運用的這種觀測技術,應該能幫助天文物理學家了解宇宙結構,並且可以辨認出一種神祕不可見、被稱為「暗物質」的物質。

根據宇宙學的標準模型,可見的恆星和星系是以一個通常我們以「宇宙網」稱之的模式,分布在整個天空中,最初,這個網是被暗物質所「蝕刻」出來的。一般認為,宇宙物質的80%由暗物質組成。德國慕尼黑大學觀測站的宇宙學者Jorg Dietrich在解釋本次研究內容時表示,話說在「大霹靂」後不久,有些較重的區域會把暗物質拉進去,它們彼此成「塊狀」聚集成團,並且最後塌縮成扁平狀的「鬆餅」,在「鬆餅」交會的區域裡,會有長條狀或是絲狀結構的暗物質。而這些絲狀結構交會的地區,也就是宇宙網中所謂的「節點」處,星系群,也就是在那裡形成。

暗物質的存在與否通常是以推估而得。推估的方式是,藉由很強的重力彎曲了位置在它背後的遙遠星系所發出的光的這種現象,去做進一步推算。從地球上的望遠鏡的角度看,強大的重力常會使遠方星系的形狀呈扭曲變形,不過,要是使用重力透鏡這種方式的話,那卻很難觀測到呈現於絲狀結構下的暗物質,因為,相對的,它的質量甚小。

研究員Dietrich領軍的這個團隊,靠觀測一個大質量絲狀結構的方式,閃過了這個觀測上的難題,因為這個連接在Abell 222和Abell 223這兩個星系群之間的這一條「絲」,長達18Mpc(百萬秒差距)。事實上,很幸運的是,這座暗物質「橋」的角度和位置都非常剛好,恰到好處地沿著適合從地球的角度去觀測的方式擺放在那裡,這使得重力透鏡獲得了強化的效果。在這個叫做「重力透鏡」的工具的幫忙下,研究人員一共檢視分析了4萬多個背景星系的變形資料,最後連絲狀結構的質量也推算出來:它大約有太陽質量的6.5 × 10^13倍到 9.8 × 10^13倍左右。

絲狀結構的電漿所發出的X射線資料,透過XMM-牛頓衛星觀測站可以獲得, 在加以計算後,於是研究人員得知:在這個絲狀結構中,熱氣體的質量佔不超過9%,而透過電腦模擬分析則是知道,其中,可見物質的恆星和星系等的比例也不超過10%,也就是說,絲狀結構中,大部份當然都是由暗物質所組成的。

來自美國MIT的天文學者Mark Bautz表示,目前為止,天文學家還不清楚可見物質會如何遵循暗物質所建立起來的路徑架構,所以,在這個不尋常的系統中,最令人感到振奮的部份就是在於,它是能同時繪製出暗物質和可見物質地圖的一個系統,如此一來,應能知這道兩者能如何沿著絲狀結構的路徑互相接連和進行演化。日本預定在2014年即將發射一座X射線太空望遠鏡”Astro-H”,屆時這座儀器將能進一步取得絲狀結構中電漿的電離態和溫度等等特性資料,更精確地辨別出這種絲狀結構如何形成,在不同模型間有哪些差異。

因為不同特性的粒子在絲狀結構中團結成塊的方式也有所不同,譬如說它的粒子特性是冷的(移動得慢)或者它像中子一樣,是溫的(移動得快),這些特性都有其意義,進一步將這種技術加以微調,將有助於描繪出暗物質的諸多細節和特性。預定2019年將發射的Euclid太空計劃,屆時也可以提供更多的重力透鏡資料。相對於以直接方式去搜尋暗物質的科學努力(譬如LHC,強子對撞器),重力透鏡技術具有其互補的價值。一位ETH Zurich的天文學者Alexandre Refregier作出以上表示。(Lauren 譯)

資料來源:中研院天文網[2012.07.09]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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