破解暗物质的“斯芬克斯之谜”

通过使用哈勃太空卫星，科学家探索了在星系碰撞过程中暗物质的性质，暗物质比以前的想象更加“黑暗”。分析和研究了哈勃太空望远镜和钱德拉X-射线天文台的观测数据，科学家力求在星系团碰撞的过程中发现暗物质的行为，科学》杂志刊载了科学团队的研究成果。暗物质的相互作用比以前的理解和想象更少，懒惰性更强，暗物质的“天生惰性”有助于科学家发现它们的神秘踪迹，缩小暗物质搜索的范围，通过激发措施“显现”它们的躲藏之处。

长期以来，暗物质成了科学界的“老大难“问题，好似有不可穿越的“铁幕”或“黑幕”笼罩在科学知识的天空。宇宙中的暗物质远多于可见物质，它们躲藏在可见物质的背后，人们用肉眼看不见它们的身影，暗物质不反射、不吸收、不发射光线。顾名思义，暗物质是某种看不见的物质，它们“原形毕露”的唯一特征是显示了引力的作用，暗物质吸引了宇宙的可见物质，它们的生存法则是“我吸引、故我在”。

为了更好地理解暗物质的神秘性，研究人员使用了类似可见物质的探测方法，可见物质在相互碰撞中出现了什么结果，暗物质在相互碰撞中产生了什么现象。在碰撞实验的基础上，天文学家将眼光投向了宇宙星系的大聚合，这些聚合的星系被称为星系团，而星系的相互碰撞自然而然地触及到暗物质的作用，星系内有大量的暗物质，在星系团内发生的星系大碰撞为暗物质的作用搭建了舞台。

星系通常由恒星、气体云和暗物质这三种主要的成分，在星系大碰撞的过程中，分散在星系的气体云产生了相互冲压，星系减慢了移动和转动的速度，甚至或停止了移动和转动。恒星受气体云的拖动作用很小，恒星之间通常有巨大的距离，彼此难以产生减慢转动速度的作用，当两颗恒星发生碰撞时，从中产生的巨大摩擦力会改变恒星的移动和旋转方式。

瑞士洛桑联邦科技大学(EPFL)的戴维·哈维解释说，气体云和恒星在星系碰撞的过程中存在某种相互作用的机理，科学家比较了暗物质的行为，缩小了暗物质的搜索范围。科学团队使用了哈勃太空望远镜和钱德拉X—射线天文台的数据，对发生在72个大星系团内的碰撞事件进行了研究。大碰撞事件发生在不同的天文时期，太空望远镜有不同的观测角度，有的从侧面、有的从正面观测。

好似恒星在大碰撞过程中的展示，暗物质在剧烈的碰撞之中丝毫未损，它们“如入无人之境”地相互穿越，没有出现任何减速的迹象，恒星的相互碰撞有不同的特征。暗物质在相互碰撞的过程中没有产生巨大的间隙，处于难以分离的融合状态。物理学界有一种主流的理论，暗物质在星系碰撞与合并的过程中整齐划一，均匀一致，它们被平均地分散于整个星系团。暗物质粒子在星系碰撞期间彼此靠近，它们频繁地相互挤压，移动速度没有降低。暗物质粒子与可见物质粒子几乎不发生作用，暗物质粒子之间很少发生相互作用，它们的相互作用比以前想到的要少了很多。

英国杜兰大学的理查德·马什解释说，在以前的研究中发现，暗物质行为在子弹星系团表现得十分典型，但仅有一个星系团的样本观测数据不足以解释普遍的现象，星系的一次相互碰撞可能持续数亿年时间，而人的一生仅能从单一的拍摄角度捕捉星系碰撞的一个镜头。科学团队研究了大量不同天文时期的天体碰撞事件，一个一个的画面被连在一起，产生了动画电影的效果，以便更好地理解了在星系碰撞中发生了什么的问题。缺少相互作用的暗物质现象使得科学家缩小了搜索暗物质特征的范围，粒子物理学家也在搜索神秘的暗物质粒子，他们在创建数学模型时减少了一些变量，未知数的减少有助于方程式的解答。

暗物质有潜在的丰富性和复杂性，科学家研究过几种类型的相互作用，科学团队排除了一种相互作用的类型，这种类型的理论创建者认为，暗物质在碰撞中产生了强烈的摩擦力，减缓了暗物质的移动。其它类型的理论创建者认为，暗物质的碰撞作用使得暗物质粒子相互弹开，好似弹子球经过碰撞之后被弹开一样，弹性碰撞效应使得暗物质相互分开，或使得暗物质团块的形状发生了改变。

除了增加星系碰撞事件的数量，科学团队寻找了单星系碰撞的情形，在单星系内发生的碰撞事件更加普遍。已选出了几个暗物质的候选对象，但暗物质究竟是什么，科学家的探索远没有到达终点，科学团队的研究成果朝着暗物质的搜索方向迈进了一步，他们只是瞥见了暗物质特性的某些方面，暗物质总体的特征仍然是现代科学中的“斯芬克斯之谜”。

（编译：2015-3-30）

邓如山 - 知乎