臺北市立天文科學教育館 2020-09-17 訊

哈伯望遠鏡發現暗物質理論缺少了某些成分

暗物質不會吸收、發射和反射光線，而僅透過重力影響其他物質。暗物質群聚（又稱暗物質暈）形成宇宙結構的基礎，因其龐大重力吸聚氣體，促成星系形成。
 
遠方星系的光線會受前景星系團的重力影響產生偏折，因而呈現放大、扭曲或有多重的影像，此稱為重力透鏡效應（ gravitational lensing ）。透過觀測光線偏折的程度，可以回推前景星系團中的暗物質分佈­──質量越聚集則偏折越大。此外，由於暗物質在星系團中的分布具有不同尺度的結構，因此可以把重力影響疊加，看成大尺度（星系團）的透鏡上加小尺度（星系）的透鏡。
 
透過哈伯望遠鏡，科學家發現遠方星系因星系團的重力透鏡效應，呈現大尺度的彎曲弧形（ arc ）和拉長（ elongate ）的形狀。此外，又發現因星系重力進一步偏折，所造成的小尺度弧狀和扭曲影像〈如附圖〉。搭配 VLT （ Very Large Telescope ）的光譜觀測，科學家得以決定星系內部恆星的速度，並估算個別星系的質量及距離。
 
為了和觀測結果比較，科學家先從電腦模擬中，找出質量、距離和形態皆類似觀測的星系團，並再計算其重力透鏡效應。藉此，科學家發現電腦模擬中星系尺度的重力透鏡效應，發生頻率遠較實際觀測到的低，顯示星系中的暗物質分布比理論預期更集中。此結果矛盾的可能解釋有兩個，其一是現有理論模擬仍然少了關鍵的物理機制，亦或是我們對暗物質的特性有不了解之處。 NASA 的新一代望遠鏡（ Nancy Grace Roman Space Telescope ），將能提供更多的觀測資料來幫助了解該謎題。此篇研究刊登於《 SCIENCE 》。更多資訊請參考《 NASA 》和下方連結。〈編譯／陳姝蓉〉


 圖說：這是哈伯望遠鏡看到的 MACS J1206 星系團影像〈可見光和紅外光波段〉。前景星系團的重力就像巨大透鏡般，放大遙遠星系並扭曲它的形狀〈如圖片中央 環狀拉長的影像〉。星系團中央的有些質量較大的星系，像小尺度的透鏡般近一步扭曲放大背景星系影像。藉由分析重力透鏡後的影像，可以估算出前方星系團暗物質的分佈。右上和下方顯示星系尺度的重力透鏡效應，遠方偏藍的星系被前方偏紅的星系的重力透鏡效應影響，呈現環形和多重的影像。左上圖，其中紅色的團塊是遠方星系的雲氣，被重力透鏡偏折後呈現的四重影像。這是 VLT 的觀測結果，遠方星系非常黯淡沒有顯示在哈伯望遠鏡的觀測中。 Credits: NASA, ESA, P. Natarajan (Yale University), G. Caminha (University of Groningen), M. Meneghetti (INAF-Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna), the CLASH-VLT/Zooming teams; acknowledgment: NASA, ESA, M. Postman (STScI), the CLASH team
 
資料來源：Phys.org

原文網址：https://www.tam.museum/astronomy/astronomy_detail.php?lang=tw&id=1040