哈伯望远镜发现暗物质理论缺少了某些成分

暗物质不会吸收、发射和反射光线，而仅透过重力影响其他物质。 暗物质群聚（又称暗物质晕）形成宇宙结构的基础，因其庞大重力吸聚气体，促成星系形成。

远方星系的光线会受前景星系团的重力影响产生偏折，因而呈现放大、扭曲或有多重的影像，此称为重力透镜效应（gravitational lensing）。

透过观测光线偏折的程度，可以回推前景星系团中的暗物质分布──质量越聚集则偏折越大。 此外，由于暗物质在星系团中的分布具有不同尺度的结构，因此可以把重力影响叠加，看成大尺度（星系团）的透镜上加小尺度（星系）的透镜。透过哈伯望远镜，科学家发现远方星系因星系团的重力透镜效应，呈现大尺度的弯曲弧形（arc）和拉长（elongate）的形状。 此外，又发现因星系重力进一步偏折，所造成的小尺度弧状和扭曲影像〈如附图〉。 搭配VLT（Very Large Telescope）的光谱观测，科学家得以决定星系内部恒星的速度，并估算个别星系的质量及距离。

为了和观测结果比较，科学家先从电脑模拟中，找出质量、距离和形态皆类似观测的星系团，并再计算其重力透镜效应。 藉此，科学家发现电脑模拟中星系尺度的重力透镜效应，发生频率远较实际观测到的低，显示星系中的暗物质分布比理论预期更集中。 此结果矛盾的可能解释有两个，其一是现有理论模拟仍然少了关键的物理机制，亦或是我们对暗物质的特性有不了解之处。 NASA的新一代望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），将能提供更多的观测数据来帮助了解该谜题。 此篇研究刊登于《SCIENCE》。 更多信息请参考《NASA》和下方链接。 〈编译/陈姝蓉〉

图说：这是哈伯望远镜看到的MACS J1206星系团影像〈可见光和红外光波段〉。 前景星系团的重力就像巨大透镜般，放大遥远星系并扭曲它的形状〈如图片中央 环状拉长的影像〉。 星系团中央的有些质量较大的星系，像小尺度的透镜般近一步扭曲放大背景星系影像。 藉由分析重力透镜后的影像，可以估算出前方星系团暗物质的分布。 右上和下方显示星系尺度的重力透镜效应，远方偏蓝的星系被前方偏红的星系的重力透镜效应影响，呈现环形和多重的影像。 左上图，其中红色的团块是远方星系的云气，被重力透镜偏折后呈现的四重影像。 这是VLT的观测结果，远方星系非常黯淡没有显示在哈伯望远镜的观测中。 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

数据来源：Phys.org 。

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