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太空探索/宇宙黑暗物質3D現形 證實為星系分布骨幹


被稱為宇宙大爆炸以來就存在的最神秘物質:宇宙黑暗物質,歐洲、美國和日本的天文學家合作下,首次成功繪製出他的3D分布圖,並且藉此證實,星系團的分布確實是由黑暗物質的分布來決定。

天文學家7日在美國天文學會第209屆會議上宣佈,他們完成了自1933年天文理論推論宇宙中存在著黑暗物質以來最不可能的任務,利用「弱重力透鏡效應」以哈伯太空望遠鏡和地球上觀測站歷經將近1000小時的觀測後,繪製出黑暗物質的3D分布圖。

宇宙中的黑暗物質是什麼,目前還如一團謎,理論上認定它是130億年前宇宙大爆炸後留存至今的一種物質,它不會反射光,也不釋出光或者輻射,或者至少以現今人類的感測科技還無法直接觀測到黑暗物質的存在,但是它的重力能讓遙遠星系發出的光線穿過它時產生扭曲,就像鏡頭折射光線一樣,因此天文學上能藉由這種「弱重力透鏡效應」推論它的存在。

宇宙中由原子組成的氣體,星團,行星,銀河系等屬於可偵測的「光明」或「正常」物質,只佔整個宇宙物質總量的5%,黑暗物質佔約25%、另一個神秘力量黑暗能量則佔70%。

歐洲,美國和日本的70多名天文學家,利用哈伯太空望遠鏡探索太空中遙遠銀河系的「弱重力透鏡效應」,探索區域約是地球所見滿月的9倍大,這些銀河系數量約50萬個,最古老的有70億年。

參與研究的加州理工學院天文物理學家馬賽博士說,「我們從數據上得知這些星系應該有的樣子,但是將黑暗物質置於其間,其重力便會扭曲星系光芒的行進路線,光線受到折射,就會扭曲星系的樣貌,所以我們看到的是扭曲過的星系,就像透過許多小透鏡看到的樣子,而這些透鏡就如同一部份的黑暗物質。」

天文學家形容,繪製這樣的一幅圖,就像在夜空中只靠著點點街燈,就要描繪出整個都市和郊區的完整面貌一樣困難。這幅3D圖如同讓天文學家有了一張黑暗物質在日光下的城市圖樣貌,揭露出其中的道路脈絡。繪製過程如醫學上的電腦斷層掃描,繪製出觀測區域不同部分的「一片片」2D影像,然後藉由在智利的歐洲南方觀測站和在夏威夷的日本昴望遠鏡等建立出各個「切片」間的距離,組合成3D影像。

這幅黑暗物質3D分布圖證實了天文學界的推論,就是黑暗物質的分部決定了宇宙各星系團的分布。黑暗物質因為重力塌陷成一團一團,藉由如游絲般的細微黑暗物質銜接,組成一個鬆散的網絡,其重力吸引正常物質而成為星系誕生中心,行星,恆星和星系等以正常物質組成的星體就分布在黑暗物質週遭,也就是說,黑暗物質組成了構成宇宙的不可見「骨架」,沒有黑暗物質就沒有今日的星系。

美國勞倫斯柏克萊國家實驗室的林德博士認為,這份研究成果是了解黑暗物質對宇宙影響力「往前邁了一大步」,「我們所談的仍然是(天體中)很小一部份,約是4萬平方度(度量天體在天球所佔面積的單位)中的2平方度而已,但是肯定已經是我們目前為止所得到最清晰的面貌。」

馬賽說,「我們首次描繪出宇宙中黑暗物質的大尺度分布圖。黑暗物質是一種神秘而不可見的物質形式,我們目前對它所知甚少,然而它卻主宰了宇宙質量。」馬賽說,現在找出黑暗物質的位置,下一步的挑戰就是找出黑暗物質到底是什麼,特別是它與正常物質的關係。





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