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天文新知

哈伯觀測到迄今最小的暗物質團

根據冷暗物質理論(cold dark matter theory),暗物質粒子移動速度不快(故稱之為「冷」),所以很容易聚集成團,因此宇宙中應該到處都有規模從小到大的各種暗物質團。但天文學家以前曾發現的暗物質大都集中在大型和中型的星系周圍,一直未曾發現小型暗物質團塊,因為這些小型暗物質團中所含有的恆星非常少,更遑論是否含有星系,極難偵測到。而今透過哈伯太空望遠鏡,天文學家終於找到規模比先前已知還要小很多的暗物質團,事實上,是迄今已知最小的暗物質團,大約相當於僅銀河系銀暈總質量的1/10,000到1/100,000倍而已,這不僅成為支持冷暗物質理論的有力證據,且還發現在小尺度中的暗物質比原本預期的還要「冷」,讓天文學家能進一步窺視暗物質的性質和行為模式。

哈伯觀測到8個類星體中的6個,因前景星系與暗物質團的作用而產生的重力透鏡效應影像。Credit: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) and T. Treu (UCLA)
圖說:哈伯觀測到8個類星體中的6個,因前景星系與暗物質團的作用而產生的重力透鏡效應影像。Credit: NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL) and T. Treu (UCLA)

天文學家搜尋暗物質,就像某種「獵鬼行動(ghost hunt)」一樣,這是因為暗物質和一般由電子、質子、中子構成的「重子(baryonic)」物質不同,很可能是某些未知的次原子粒子,無法以現有的科技設備直接看到。但暗物質有質量,是協助建造星系的框架,它就像重力膠水一樣,拽住星系本身甚或是星系團,使其不會散開。因此,天文學家可以透過暗物質對恆星或星系的重力影響來間接測量暗物質的數量和分布狀況。

研究人員是利用哈伯資料,測量8個遙遠類星體發出的光,在抵達地球之前穿過大質量星系或星系團的過程中,會被這些前景星系或星系團的強大重力影響而扭曲或放大的狀況,來偵測搜尋小型暗物質團,這種方式稱之為「重力透鏡效應(gravitational lensing)」。類星體是核心有因超大質量黑洞驅使而顯得異常明亮的極遙遠星系,所以即使在非常遙遠的地方也能觀測到。上圖中,6個類星體都因前景的大質量星系團的重力透鏡效應而產生4個亮點,如果地球-星系團-類星體的排列愈接近一直線,4個亮點的位置基本上會愈對稱。本次觀測的幾個類星體大都距離約100億光年遠,而前景星系則約在20億光年遠。(編譯/張桂蘭)
 
重力透鏡效應成因示意圖。CREDITS: NASA, ESA, and D. Player (STScI)
圖說:重力透鏡效應成因示意圖。CREDITS: NASA, ESA, and D. Player (STScI)

資料來源:NASA Hubblesite

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