《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》2018年12月20上發(fā)表的一項(xiàng)研究稱(chēng)，對(duì)哈勃星系圖像的新觀測(cè)，可能是向闡明暗物質(zhì)難以捉摸的本質(zhì)邁出一步，暗物質(zhì)是構(gòu)成宇宙大部分的不可觀測(cè)物質(zhì)。星系內(nèi)的光是星系間相互作用的副產(chǎn)品，這些作用破壞了星系的結(jié)構(gòu)，在混沌中，單個(gè)恒星被拋出它們?cè)谀感窍抵械囊ο挡刺?，以便與整個(gè)星團(tuán)的引力圖重新組合。這也是絕大多數(shù)暗物質(zhì)存在的地方。x射線能指示星系群碰撞的位置，但不能指示星系團(tuán)的基本結(jié)構(gòu)，這使得它對(duì)暗物質(zhì)的追蹤不那么精確。澳大利亞悉尼新南威爾士大學(xué)的Mireia Montes是這項(xiàng)研究的合著者說(shuō)：星系內(nèi)光是如此出色的暗物質(zhì)追蹤器原因是，構(gòu)成星系內(nèi)光的暗物質(zhì)和恒星都是自由漂浮在星系本身的引力勢(shì)上，所以它們遵循的引力是完全相同。
博科園-科學(xué)科普：研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法來(lái)觀測(cè)暗物質(zhì)應(yīng)該在哪里，因?yàn)槟阍谧粉櫷耆嗤囊?shì)嗎，可以用微弱的光照亮暗物質(zhì)位置。蒙特斯還強(qiáng)調(diào)，這種方法不僅準(zhǔn)確，而且效率更高，因?yàn)樗焕昧松疃瘸上瘢皇歉鼜?fù)雜、時(shí)間更密集的光譜技術(shù)。這意味著在更短的時(shí)間內(nèi)可以研究更多星團(tuán)和太空中的物體——這意味著更多的暗物質(zhì)構(gòu)成及其行為的潛在證據(jù)。
這種方法使我們能夠用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來(lái)描述暗物質(zhì)的最終性質(zhì)。西班牙特納里費(fèi)加那利群島天文研究所的伊格納西奧·特魯希略是這項(xiàng)研究的合作者，他和蒙特斯一起研究了多年的內(nèi)發(fā)光現(xiàn)象。哈勃前沿場(chǎng)顯示出空前清晰的內(nèi)部光。這些照片令人振奮，不過(guò)沒(méi)想到結(jié)果會(huì)如此精確。這對(duì)未來(lái)太空研究的影響是非常令人興奮的。
兩個(gè)巨大的星系團(tuán)（Abell S1063(左)和MACS J0416.1-2403(右)）顯示出一種柔和的藍(lán)色薄霧，稱(chēng)為內(nèi)光，嵌在無(wú)數(shù)的星系中。星系內(nèi)的光是由孤立的恒星產(chǎn)生，這些恒星不再屬于任何一個(gè)星系，在猛烈的星系相互作用中被拋出，現(xiàn)在在星系團(tuán)中自由漂移。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星團(tuán)內(nèi)部的光與星團(tuán)整體引力場(chǎng)的質(zhì)量分布圖非常吻合。這使得藍(lán)色的“幽靈光”很好地指示了暗物質(zhì)在星團(tuán)中是如何分布。暗物質(zhì)是我們理解宇宙結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程中缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Abell S1063和MACS J0416.1-2403是最強(qiáng)有力的例子，它們提供了比x射線更好的匹配星團(tuán)質(zhì)量圖的內(nèi)部光，x射線在過(guò)去被用來(lái)追蹤暗物質(zhì)。圖片：NASA, ESA, and M. Montes (University of New South Wales)
天文學(xué)家們使用了改進(jìn)后的豪斯多夫距離(MHD)，一種用于形狀匹配的度量，來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)部光的輪廓與星團(tuán)不同質(zhì)量圖的輪廓之間的相似性，這些圖是哈勃前沿場(chǎng)項(xiàng)目(Hubble Frontier Fields project)數(shù)據(jù)的一部分，該項(xiàng)目位于米庫(kù)爾斯基太空望遠(yuǎn)鏡檔案館(MAST)。MHD值越小，兩個(gè)點(diǎn)集越相似。這項(xiàng)分析表明，根據(jù)錢(qián)德拉x射線天文臺(tái)先進(jìn)CCD成像光譜儀(ACIS)的存檔觀測(cè)，哈勃前沿場(chǎng)圖像中看到內(nèi)發(fā)光分布與6個(gè)星系團(tuán)的質(zhì)量分布相匹配，要好于x射線發(fā)射。
除了這項(xiàng)初步的研究，蒙特斯和特魯希略看到了擴(kuò)展他們研究的多種機(jī)會(huì)。首先，他們想要增加最初六個(gè)星團(tuán)的觀測(cè)半徑，看看追蹤的準(zhǔn)確度是否站住腳。另一個(gè)重要測(cè)試將是由更多的研究團(tuán)隊(duì)觀察和分析更多的星系團(tuán)，以增加數(shù)據(jù)集并確認(rèn)他們的發(fā)現(xiàn)。
天文學(xué)家們還期待著同樣的技術(shù)在未來(lái)強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡上得到應(yīng)用，比如詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)和WFIRST，它們將擁有更靈敏的儀器來(lái)分辨遙遠(yuǎn)宇宙中微弱內(nèi)光。Trujillo想要測(cè)試將這個(gè)方法從大質(zhì)量星系團(tuán)縮小到單個(gè)星系。在銀河系范圍內(nèi)這樣做是非常棒的，比如探索恒星暈。理論上同樣的想法應(yīng)該行得通；星系周?chē)阈怯捎诤喜⒒顒?dòng)也應(yīng)該遵循星系的引力勢(shì)，照亮暗物質(zhì)的位置和分布。
哈勃前沿場(chǎng)計(jì)劃是一項(xiàng)深度成像計(jì)劃，旨在利用星系團(tuán)引力的天然放大鏡，觀察其外的極遠(yuǎn)星系，從而洞察早期(遙遠(yuǎn)的)宇宙以及自那時(shí)起星系的演化。在那項(xiàng)研究中，漫射的內(nèi)光是一個(gè)煩惱，部分模糊了遠(yuǎn)處的星系。然而這微弱的光芒最終可能會(huì)為天文學(xué)的一大謎團(tuán)（暗物質(zhì)的性質(zhì)）帶來(lái)重大的啟發(fā)。
博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自：ESA /哈勃信息中心
參考期刊文獻(xiàn):《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》
論文DOI: 10.1093/mnras/sty2858
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