世界不思議

利用重力透鏡星系與微波背景輻射,確認 120 億光年外迄今最遠暗物質


由於光速有上限​​,我們現在看到的遙遠星系已不是如今模樣,而是數十億年前的狀態,更更具挑戰的是觀察遙遠星系內不發光的暗物質。最近,科學家觀察到迄今為止最古老的暗物質,距離遠達 120 億光年,讓早期宇宙的種種謎團更加明朗;團隊還發現某些區域暗物質比理論預測還要少,將有助於改善模型。

包括銀河系在內,宇宙中所有星系都以驚人的速度旋轉著,物理學物測星系內物體應該要被離心力甩出去,顯然這些意外沒有發生,無論地球還是太陽都穩穩當當地錨定。所以物理學家推測有某種看不見的東西填充著星系,保護它們免於分崩離析。

這個看不見、感覺不到、至今也沒有直接證據的東西就是暗物質,雖然目前儀器設備無法直接發現暗物質,但我們有很多方法能確認暗物質對宇宙運作的影響力,比如分析暗物質如何將星系聚集在一起。
利用這一原理,日本名古屋大學團隊宣布了一項暗物質非凡新發現:在一片深空區域發現許多古老星系周圍的暗物質暈圈,能追溯到 120 億年前,相當於大爆炸後不到 20 億年,可能成為人類研究最早的暗物質環,打開早期宇宙學新篇章。

團隊首先使用昴星團望遠鏡數據確定 150 萬個重力透鏡效應的星系,再結合普朗克衛星的微波背景輻射數據,測量這些星系周圍是否有暗物質且如何扭曲更遠方的微波,最後得出了完整星系演化圖,包含星系內部與周圍的暗物質。

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這項研究最令人興奮的發現之一與暗物質團塊有關。根據宇宙學標準理論 ΛCDM 模型,微薄背景輻射中的細微波動會透過重力吸引周圍物質密集堆積,形成不均勻的團塊,進一步形成恆星和星系,該新研究結果表明團塊測量值低於 ΛCDM 模型預測值,代表我們需重新審視模型中某些假設。

團隊只審查了昴星團望遠鏡三分之一數據,研究人員下一步計畫分析完整數據集,預計能更精確測量早期宇宙的暗物質分佈。等未來薇拉·魯賓天文台投入運作,科學家將有機會「看見」130 億年前的暗物質分佈。

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新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

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