星系对撞背后的真相：暗物质到底是什么？

凤凰科技讯 北京时间4月3日消息，据科学日报报道，利用美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜和美国宇航局钱德拉X射线天文台的观测，天文学家们研究了星系群里的暗物质在星系发生碰撞时的特性。发表在3月27日的期刊《科学》上的研究结果显示暗物质彼此相互作用的程度可能比之前预想的还要少，这进一步缩小了这一神秘物质究竟是什么的可能性范围。

暗物质到底是什么？

暗物质究竟是什么是宇宙学里悬而未决的大谜题。宇宙里暗物质的量比可见物质的还要多，但它非常难以捉摸；它不会反射、吸收或者释放光，这使得它不可见。正因这个原因，它的存在只能通过它对可见宇宙施加的引力效应来推测。

为了更好的了解这个神秘物质，研究人员以类似研究可见物质的实验——也就是观察它与其他事物发生碰撞时的情形——对它进行了调查。研究人员对星系的大量集合，也被称为星系群进行了调查。涉及暗物质的星系群之间碰撞发生的非常自然，且发生次数非常多，这使得研究人员能够观察到碰撞所产生的效应。

星系包含三大主要的组成部分：恒星、气体云和暗物质。在碰撞过程中， 扩散至整个星系的气体云会在碰撞后减慢或者停下来。恒星受到的气体拖拽力较少，且由于彼此之间巨大的空隙，因此对彼此没有减慢效应——尽管如果两颗恒星碰撞，产生的摩擦力将是巨大的。

“我们知道恒星和气体在宇宙碰撞过程中的特性，以及它们在碰撞残骸里的位置。对比暗物质的行为可以帮助我们缩小确定它本质的可能性的范围。” 研究首席作者、瑞士瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的大卫·哈维(David Harvey)这样说道。

哈维和他的研究小组利用美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜和美国宇航局钱德拉X射线天文台观察了72次大型星系群碰撞。这些碰撞发生在不同时间，且观测角度各异——有的从侧面观测而其他的从正面观察。研究小组发现，和恒星一样，暗物质在星系猛烈的碰撞过程中并不会减慢速度。然而，与恒星不同的地方在于，这并非因为碰撞过程中暗物质彼此相距甚远。主导理论认为暗物质均匀分布在整个星系群里，因此暗物质粒子会频繁的近距离接触彼此。暗物质不会减慢的原因在于它们不仅不会与可见粒子发生相互作用，它们与其它暗物质发生相互作用的程度也比之前预想的更少。

“之前的一项研究在子弹星系团里观察到相似的行为。”研究小组成员、英国杜伦大学的理查德·梅西（Richard Massey）这样说道。“但是如果你只有一个例子，那么解译所观察到的现象就非常困难。每一次碰撞都要几亿年时间，因此从人的一生的角度看，我们只能窥探这一动态事件的其中一帧画面。现在，我们研究了这么多次碰撞，开始逐渐拼凑出整部动态电影，从而更好地理解具体发生了什么。”

通过确定暗物质彼此相互作用比之前预想的更少，研究小组可以缩小暗物质特性的范围。粒子物理学理论学家还必须继续寻找，但他们在建立模型时需要考虑的未知因素就少了一些。

暗物质可能具有非常丰富和复杂的特性，同时还有好几种其它的相互作用需要研究。这项最新结果排除了创造强大摩擦力的相互作用，后者会导致暗物质在碰撞过程中减慢。其它可能的相互作用可能会导致暗物质粒子彼此反弹，就像台球一样，它们可能在碰撞过程中被抛出，或者改变形状。研究人员计划接下来对这些问题展开调查。

为了进一步增加可以研究的碰撞数量，研究小组还在寻找涉及单个星系的碰撞，这类碰撞相对普遍。“暗物质还有好几个可行的候选者，因此游戏尚未结束，但我们距离问题的答案又近了一步，” 哈维总结说道。“这些‘天文学巨大’的粒子碰撞使得我们最终可以一窥遥不可及的黑暗世界。”（艾米丽）

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