物理學家在尋找暗物質暈在星系氣體中飛行時留下的痕跡

對暗物質（一種未知且不可見的物質，被認為構成了宇宙中絕大多數物質）的探索正處於十字路口。儘管它是在近70年前提出的，並且經過了激烈的搜尋。科學家使用大型粒子對撞機、深地下探測器甚至太空儀器來搜尋它，但仍然不見蹤影其蹤跡。

但天文學家承諾他們會「千方百計」地搜尋它，他們開始向銀河系撒下更大的網。這個想法是從天體物理物體中提取信息，這些天體可能在暗物質經過時曾目睹過它的大部分。科學家提出了一種新的方法，通過追蹤銀河系氣體來實現這一點，這可能有助於告訴科學家暗物質是由什麼組成的。

物理學家認為，暗物質有一種傾向，就是通過引力把自己結構成一個由光環和次滷素組成的層次結構。這些團塊的質量屬於一個光譜，質量較低的團塊的數量預計會更多。它們的亮度有極限嗎？這取決於暗物質粒子的性質。

溫暖還是寒冷

暗物質不能被直接看到。我們知道它的存在是因為我們可以看到它對周圍物質的引力效應。關於暗物質究竟是什麼有不同的理論。標準模型表明它是冷的，這意味著它移動非常緩慢，只有通過重力與其他物質相互作用。這與它由被稱為軸子或弱相互作用重粒子WIMPS的粒子組成是一致的。然而，另一種理論認為它是溫暖的，意味著它以更高的速度移動。一個這樣的候選粒子就是無菌中微子。

如果暗物質是冷的，一個銀河系類型的星系可能有一個或兩個重達1010個太陽的亞海王星，很可能有數百個質量約為108個太陽的亞海王星。如果暗物質是溫暖的，那麼比108個太陽還要輕的光環就不容易形成。因此，計算輕質量的暗暈可以告訴科學家一些關於暗物質本質的東西。

光環印記

研究團隊相信，低質量光環的存在可以通過精心計劃的觀測來揭示。天文學家已經非常擅長暗物質光環的捉迷藏遊戲，並設計了觀測方法來檢測它們留下的損害。

迄今為止，觀測主要針對銀河系恆星分布的變化。例如，大麥哲倫星雲，一個圍繞我們運行的較小星系，似乎有一個暗物質暈，它的質量足以引發一個巨大的尾跡，驅使恆星從廣闊的區域一致運動。

一些被認為在銀河系內部呼嘯而過的較小的暗物質暈可能偶爾會穿透大的恆星特徵，比如球狀星團（球狀星團），在其中留下可以說明問題的縫隙。暗物質暈也可以影響光在天體物理物體周圍彎曲的方式，這個過程被稱為引力透鏡效應。

但恆星分布中留下的信號很弱，容易與恆星自身的運動相混淆。另一種探測光環效應的方法是觀察它影響的星系氣體。星系中有大量的熱氣體，這些氣體一直延伸到星系邊緣，為捕捉這些暗物質暈提供了一個廣闊的網絡。

通過分析計算和計算機模擬的結合，科學家已經證明了重108個太陽質量的暗暈可以壓縮它們運動所通過的熱氣體。這將在氣體密度上產生局部峰值，X射線望遠鏡可以捕捉到這些峰值。據預測，這將是很小的，只有百分之幾，但它們將在即將到來的Lynx和雅典娜望遠鏡的範圍內。

研究小組的模型還預測，較冷的星系氣體的密度峰值將更加顯著。這意味著較冷的氣體可以比熱氣體更靈敏地記錄暗物質暈的通過。

另一種觀察暗物質引起的氣體波動的方法是通過來自宇宙微波背景的光子（光粒子），它是大爆炸後留下的光。這種光以科學家可以探測到的方式散射熱氣中高能電子，為其他研究提供了補充方法。

在接下來的幾年裡，這種新方法可以用來測試暗物質的模型。不管108個太陽質量以下的暗物質暈是否在預測的模型中被發現，研究小組都會學到一些有用的東西。如果觀測結果與模型匹配，標準宇宙模型將通過一個重要的測試。如果暗物質依然難覓蹤跡，或遠遠少於預期，標準模式將被排除，研究小組將不得不找到一個更可行的替代方案。

暗物質仍然是個謎，但是要解決它還有大量的工作要做。無論答案來自地球上的儀器還是天體物理探測器，這無疑將是本世紀最重要的發現之一。

如同黑洞的發現，起初很多科學家並不認可黑洞理論，但當越來越多的觀測發現它的存在時，科學界也正視了它存在這一事實，今年的諾貝爾物理學獎頒發給研究黑洞的科學家，就是權威科學界對黑洞正式認可的標誌。期待未來幾年，暗物質的研究也能有所突破，那屆時相關研究團隊的傑出代表，應該會拿到諾獎吧。