星系團中的暗物質團塊對光線的彎曲效果出乎意料地好

暗物質變得更加令人費解。

這個不明的東西構成宇宙中大部分質量的物質是看不見的，但可以透過它對恆星等物體的引力作用來檢測。 (SN：2019 年 11 月 25 日）。 暗物質的引力也可以使從遙遠星系傳播到地球的光彎曲，但現在這種神秘物質中的一些似乎對光的彎曲程度超出了預期。 遙遠星系團中數量驚人的暗物質團塊嚴重扭曲來自其他物體的背景光，研究人員在 9 月 11 日報告科學。

這項發現表明，這些嵌入單一星系的暗物質團塊的密度比預期的要大。 這可能意味著以下兩件事之一：研究人員用來預測星系團行為的電腦模擬是錯誤的，或者宇宙學家對暗物質的理解是錯誤的。

非常高濃度的暗物質可以像透鏡一樣彎曲光線，並極大地改變從地球上看到的背景星系的外觀——將它們拉伸成弧線或將它們分裂成天空上同一物體的多個圖像。 「這太酷了。 它就像一面有趣的鏡子，」耶魯大學的天體物理學家 Priyamvada Natarajan 說。

從星系團的電腦模擬來看，單一星系周圍的暗物質團塊的密度足以引起如此戲劇性的變化。重力透鏡效應影響應該是罕見的（序號：10/4/15）。 根據Natarajan 及其同事進行的星團模擬，“我們預計每10 個星團左右就會看到1 個（強透鏡）事件”，研究合著者、意大利博洛尼亞天體物理和空間科學天文台的天體物理學家馬西莫·梅內蓋蒂(Massimo Meneghetti) 說。

但望遠鏡影像講述了一個不同的故事。 研究人員利用哈伯太空望遠鏡和智利甚大望遠鏡的觀測結果，調查了距離約28億至56億光年的11個星系團。 在該組中，研究小組發現了 13 個由單一星系周圍的暗物質團塊引起的嚴重重力透鏡效應的案例。 梅內蓋蒂說，這些觀測結果表明，真實星系團中的高密度暗物質團塊比模擬星系團中的高密度暗物質團塊多。

納塔拉詹說，這些模擬可能缺少一些導致星系團中的暗物質緊密聚集在一起的物理現象。 「或者……我們對暗物質本質的假設有一些根本性的錯誤，」她說，就像重力是暗物質感受到的唯一吸引力的觀念一樣。

倫敦大學學院的宇宙學家理查德·埃利斯（Richard Ellis）並沒有參與這項工作，他認為問題的癥結更有可能在於電腦模擬，而不是暗物質的本質。 「星系團是一個非常危險的地方。 它就像宇宙中的曼哈頓，」他說——忙著星系彼此呼嘯而過、碰撞和撕裂。 艾利斯說：“預測他們應該找到多少這些小鏡頭的東西需要使用可怕的物理原理，所以新的結果“很有趣，但我懷疑模擬中有些東西……不太正確。

未來的觀察與即將到來的歐幾裡得太空望遠鏡(SN: 11/14/17）、南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡和維拉·魯賓天文台(序號：1/10/20）可以幫助澄清問題，賓州大學天文物理學家 Bhuvnesh Jain 說，他沒有參與這項工作。 「這三台望遠鏡將產生非常大的星系團樣本，」他說。 這可能會導致人們對這些動盪環境中的物理現像有新的認識，並有助於確定不切實際的模擬是否是造成這一暗物質之謎的原因。