遥远星系解开暗物质的新秘密

这张照片显示了哈勃太空望远镜测量的COSMOS场中的星系密度，颜色代表了星系的距离。X射线轮廓（粉红色）显示了XMM牛顿飞船观测到的扩展X射线发射。

为了称量宇宙，科学家们使用了两种宇宙尺度：一种是测量所有的规则物质，另一种是推断隐藏在下面的可见暗物质的数量。

一项新的研究比以往任何时候都更进一步地进行了这些计算，该研究统计了比以往任何项目都更小、更遥远的星系组中的两种质量。该项目发现，这些遥远星系团的暗物质与规则物质的比例大致相同，星系团越近。

这一发现可能有助于天文学家更多地了解暗物质，以及它更陌生的兄弟暗能量。

看不见的宇宙

暗物质是一种不与光相互作用的物质，因此看不见，但通过对正常物质施加引力来感受它的存在。

天文学家通过一种称为引力透镜的偶然物理现象来测量星系中有多少暗物质。爱因斯坦的广义相对论预测了这一现象，当它在时空中飞行时，会引起轻微的弯曲，而大质量物体的引力会削弱这种弯曲。

例如，大质量星系群会因引力而扭曲周围的时空，迫使光线在穿过时弯曲，并导致它们在光线到达我们的望远镜时看起来扭曲。科学家们可以通过产生多少扭曲来判断总质量有多少。

接下来，研究人员通过观察星系团的X射线光来计算星系团中有多少正常物质，因为这些光一定只来自组成星系团的规则恒星和气体。

将这两种计算结果进行比较，得出天文学家称之为“总物质与规则物质之比”的比率。到目前为止，已经很好地测量了附近大型星系团的质量-光度关系，但还没有足够好的X射线数据来探测更远或更小、更暗的星系团。

这项新研究的负责人、加州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室的Alexie Leauthaud说：“我们可以绘制出大城市的地图，但还没有人能够绘制出村庄的地图。”

新范围

天文学家使用了欧洲航天局的XMM-Newton卫星和美国国家航空航天局的Chandra卫星的观测结果，以及哈勃太空望远镜的宇宙演化调查（COSMOS）的数据。这些超高分辨率的照片使科学家们能够比以往任何时候都进一步扩展质量-光度关系。

对于如此昏暗的物体，引力透镜作用并不十分明显。因此，研究人员使用统计分析来测量星系的理论方向和形状，以发现由于所谓的弱透镜作用而产生的微小失真。

他们发现，在这些遥远的小星团中，暗物质与热物质的总体比例与附近的大星团相同。

Leauthaud在接受太空网采访时表示：“我们不知道会发生什么，我们发现这种关系很简单。”“现在的目标是找出我们为什么会找到这种美好而简单的关系。”

暗能量之谜

这一发现可能有助于揭示宇宙暗能量的更奇怪的前景。暗能量是指任何一种神秘的力量，它会导致宇宙在膨胀时加速。

“我们想了解暗能量的性质，”Leauthaud说。“测量暗能量性质的一种方法是测量给定数量的暗物质所形成的结构的数量。”

暗能量基本上是在拔河比赛中对抗重力的。当引力不断地将质量向内拉，促使物质聚集并凝结到更小的空间中时，暗能量却起到了相反的作用。这种力量以某种方式将一切拉开，导致宇宙中的一切以越来越快的速度远离其他一切。

当质量聚集在一起足以形成星系时，这意味着引力在这些尺度上获胜，帮助物质在暗能量的牵引下粘在一起。因此，天文学家越能测量宇宙中结构的形成时间和方式，就越能了解暗能量的引力有多大。