破解暗物質的“斯芬克斯之謎”

通過使用哈勃太空衛星，科學家探索了在星系碰撞過程中暗物質的性質，暗物質比以前的想象更加“黑暗”。分析和研究了哈勃太空望遠鏡和錢德拉X-射線天文臺的觀測數據，科學家力求在星系團碰撞的過程中發現暗物質的行爲，科學》雜誌刊載了科學團隊的研究成果。暗物質的相互作用比以前的理解和想象更少，懶惰性更強，暗物質的“天生惰性”有助於科學家發現它們的神秘蹤跡，縮小暗物質搜索的範圍，通過激發措施“顯現”它們的躲藏之處。

長期以來，暗物質成了科學界的“老大難“問題，好似有不可穿越的“鐵幕”或“黑幕”籠罩在科學知識的天空。宇宙中的暗物質遠多於可見物質，它們躲藏在可見物質的背後，人們用肉眼看不見它們的身影，暗物質不反射、不吸收、不發射光線。顧名思義，暗物質是某種看不見的物質，它們“原形畢露”的唯一特徵是顯示了引力的作用，暗物質吸引了宇宙的可見物質，它們的生存法則是“我吸引、故我在”。

爲了更好地理解暗物質的神秘性，研究人員使用了類似可見物質的探測方法，可見物質在相互碰撞中出現了什麼結果，暗物質在相互碰撞中產生了什麼現象。在碰撞實驗的基礎上，天文學家將眼光投向了宇宙星系的大聚合，這些聚合的星系被稱爲星系團，而星系的相互碰撞自然而然地觸及到暗物質的作用，星系內有大量的暗物質，在星系團內發生的星系大碰撞爲暗物質的作用搭建了舞臺。

星系通常由恆星、氣體雲和暗物質這三種主要的成分，在星系大碰撞的過程中，分散在星系的氣體雲產生了相互衝壓，星系減慢了移動和轉動的速度，甚至或停止了移動和轉動。恆星受氣體雲的拖動作用很小，恆星之間通常有巨大的距離，彼此難以產生減慢轉動速度的作用，當兩顆恆星發生碰撞時，從中產生的巨大摩擦力會改變恆星的移動和旋轉方式。

瑞士洛桑聯邦科技大學(EPFL)的戴維·哈維解釋說，氣體雲和恆星在星系碰撞的過程中存在某種相互作用的機理，科學家比較了暗物質的行爲，縮小了暗物質的搜索範圍。科學團隊使用了哈勃太空望遠鏡和錢德拉X—射線天文臺的數據，對發生在72個大星系團內的碰撞事件進行了研究。大碰撞事件發生在不同的天文時期，太空望遠鏡有不同的觀測角度，有的從側面、有的從正面觀測。

好似恆星在大碰撞過程中的展示，暗物質在劇烈的碰撞之中絲毫未損，它們“如入無人之境”地相互穿越，沒有出現任何減速的跡象，恆星的相互碰撞有不同的特徵。暗物質在相互碰撞的過程中沒有產生巨大的間隙，處於難以分離的融合狀態。物理學界有一種主流的理論，暗物質在星系碰撞與合併的過程中整齊劃一，均勻一致，它們被平均地分散於整個星系團。暗物質粒子在星系碰撞期間彼此靠近，它們頻繁地相互擠壓，移動速度沒有降低。暗物質粒子與可見物質粒子幾乎不發生作用，暗物質粒子之間很少發生相互作用，它們的相互作用比以前想到的要少了很多。

英國杜蘭大學的理查德·馬什解釋說，在以前的研究中發現，暗物質行爲在子彈星系團表現得十分典型，但僅有一個星系團的樣本觀測數據不足以解釋普遍的現象，星系的一次相互碰撞可能持續數億年時間，而人的一生僅能從單一的拍攝角度捕捉星系碰撞的一個鏡頭。科學團隊研究了大量不同天文時期的天體碰撞事件，一個一個的畫面被連在一起，產生了動畫電影的效果，以便更好地理解了在星系碰撞中發生了什麼的問題。缺少相互作用的暗物質現象使得科學家縮小了搜索暗物質特徵的範圍，粒子物理學家也在搜索神秘的暗物質粒子，他們在創建數學模型時減少了一些變量，未知數的減少有助於方程式的解答。

暗物質有潛在的豐富性和複雜性，科學家研究過幾種類型的相互作用，科學團隊排除了一種相互作用的類型，這種類型的理論創建者認爲，暗物質在碰撞中產生了強烈的摩擦力，減緩了暗物質的移動。其它類型的理論創建者認爲，暗物質的碰撞作用使得暗物質粒子相互彈開，好似彈子球經過碰撞之後被彈開一樣，彈性碰撞效應使得暗物質相互分開，或使得暗物質團塊的形狀發生了改變。

除了增加星系碰撞事件的數量，科學團隊尋找了單星系碰撞的情形，在單星系內發生的碰撞事件更加普遍。已選出了幾個暗物質的候選對象，但暗物質究竟是什麼，科學家的探索遠沒有到達終點，科學團隊的研究成果朝着暗物質的搜索方向邁進了一步，他們只是瞥見了暗物質特性的某些方面，暗物質總體的特徵仍然是現代科學中的“斯芬克斯之謎”。

（編譯：2015-3-30）