哈勃的最新数据表明，当前暗物质理论中缺失了一种成分

美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜和欧洲南方天文台在智利的甚大望远镜(VLT)的观测发现，暗物质行为的理论可能缺少一些东西。这一缺失的因素可能解释了为什么研究人员在观察到大质量星系团样本中的暗物质浓度与暗物质应该如何在星系团中分布的理论计算机模拟之间发现了意想不到的差异。新的发现表明，一些小范围的暗物质浓度会产生比预期强10倍的透镜效应。暗物质是将星系中的恒星、尘埃和气体聚集在一起的看不见的粘合剂。这种神秘的物质构成了星系的大部分质量，并构成了我们宇宙大尺度结构的基础。因为暗物质不发射、吸收或反射光线，它的存在只能通过它在太空中的可见物质才能知道。天文学家和物理学家仍在努力确定它是什么。

星系团是宇宙中最大质量和最近组装的结构，也是最大的暗物质储存库。星系团是由单个成员星系组成的，这些星系在很大程度上是通过暗物质的引力结合在一起的。

这项研究的主要作者、意大利博洛尼亚INAF天体物理和空间科学天文台的马西莫·梅内盖蒂说，星系团是研究目前可用的宇宙数值模拟是否能很好地再现我们可以推断的东西的理想实验室。

梅内盖蒂补充道：我们对这项研究中的数据进行了大量测试，我们确信，这种不匹配表明，模拟或我们对暗物质本质的理解中缺少了一些物理因素。

团队中的资深理论家之一、美国康涅狄格州耶鲁大学的普里亚姆瓦达·纳塔拉扬(Priyamvada Natarajan)补充说，现实宇宙有一个我们目前的理论模型没有捕捉到的特征。这可能表明我们目前对暗物质的本质及其性质的理解存在差距，因为这些精巧的数据使我们能够在最小的尺度上探索暗物质的详细分布。

暗物质在星系团中的分布是通过测量它们产生的光的弯曲(引力透镜效应)来绘制的。聚集在星团中的暗物质的引力放大并扭曲了来自远处背景物体的光线。这种效应会使背景星系的形状产生扭曲，出现在星系团的图像中。引力透镜通常还可以产生同一遥远星系的多幅图像。

星系团中暗物质的浓度越高，其光弯曲效应就越明显。与单个星系团相关的小尺度暗物质团的存在增强了扭曲的程度。从某种意义上说，星系团就像一个大型透镜，其中嵌入了许多较小的透镜。

哈勃的清晰图像是由望远镜的广角相机3和高级测量相机拍摄的。再加上欧洲南方天文台(VLT)的超大型望远镜(VLT)的光谱，该团队制作了一张精确的、高保真的暗物质地图。通过测量透镜畸变，天文学家可以追踪暗物质的数量和分布。这三个关键的星系团，MACS J1206.2-0847，MACS J0416.1-2403和Abell S1063，是哈勃望远镜两次调查的一部分：前沿场和利用哈勃望远镜进行的星团透镜和超新星调查(CLASH)计划。

令团队惊讶的是，除了每个星系团的引力透镜产生的巨大弧线和遥远星系的拉长特征外，哈勃图像还揭示了在每个星系团核心附近嵌套的数量意想不到的较小规模的弧线和扭曲的图像，那里是最大质量的星系所在的地方。研究人员认为，嵌套的透镜是由单个星系团内密集物质的重力产生的。随后的光谱观测测量了在几个星系团内运行的恒星的速度，从而确定了它们的质量。

来自哈勃望远镜和VLT的数据提供了出色的协同效应，来自意大利费拉拉大学的共同团队成员皮耶罗·罗萨蒂(Piero Rosati)领导了这次光谱活动。我们能够将星系与每个星系团联系起来，并估计它们的距离。

恒星的速度让我们估计了每个星系的质量，包括暗物质的数量，意大利博洛尼亚国际天体物理和空间科学天文台的研究小组成员皮埃特罗·贝加米尼补充道。

通过将哈勃成像和VLT光谱相结合，天文学家们能够识别出数十个多重成像的、透镜状的背景星系。这使得他们能够组装出每个星系团中暗物质质量分布的校准良好的高分辨率地图。

研究小组将暗物质图与相似质量的模拟样本进行了比较，这些样本位于大致相同的距离。计算机模型中的星团在与个体相关的最小尺度上没有显示出任何相同水平的暗物质浓度。

意大利的里雅斯特INAF天文台的团队成员埃琳娜·拉西亚(Elena Rasia)说，这些分析的结果进一步证明了观测和数值模拟是如何齐头并进的。

意大利的里雅斯特大学的Stefano Bgani补充说：通过高分辨率的模拟，我们可以与我们论文中分析的观测质量相匹配，从而实现前所未有的详细比较。

天文学家，包括这个团队的那些人，期待着继续探索它的奥秘，以便最终确定它的性质。更多信息：Massimo Meneghetti等人，在星系团中观察到的小规模引力透镜的过剩#34；“科学”，2020年9月11日：第369卷，第6509期，第1347-1351页，Science.Science encemag.org/cgi/doi…。1126/cience.aax5164