文章來源：蝌蚪五線譜

　　當(dāng)星系團(tuán)對撞的時(shí)候，它們的暗物質(zhì)會(huì)互相穿過，彼此幾乎互不影響。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家挑戰(zhàn)了暗物質(zhì)是由粒子構(gòu)成的這一說法，讓暗物質(zhì)這個(gè)謎變得更加高深莫測。

暗物質(zhì)到底是什么？

　　暗物質(zhì)是最大的科學(xué)謎題之一。宇宙中的大量物質(zhì)都是暗物質(zhì)，它們是看不見的，也和我們所感受到的任何東西都不一樣。關(guān)于暗物質(zhì)有很多理論，但是沒有一 個(gè)能一統(tǒng)江湖。在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和愛丁堡大學(xué)進(jìn)行的一項(xiàng)合作研究中，科學(xué)家考察了在長達(dá)幾十億年的時(shí)間里，在星系團(tuán)的相互碰撞中，暗物質(zhì)的行為模式 是什么樣的。

　　雖然宇宙中90%以上的物質(zhì)都是暗物質(zhì)，宇宙中四分之一以上的能量來源于暗物質(zhì)，但是我們對于暗物質(zhì)知之甚少。天文學(xué)家所持的一個(gè)主流觀點(diǎn)是，暗物質(zhì)是由一種我們還沒有發(fā)現(xiàn)的新型次原子粒子構(gòu)成的。還有更異乎尋常的理論認(rèn)為，暗物質(zhì)是一種量子虧損，是異次元的質(zhì)量，甚至是引力的一種變形。

　　暗物質(zhì)會(huì)影響什么？

　　我們確切知道的是，暗物質(zhì)會(huì)通過引力與宇宙結(jié)構(gòu)相互影響，會(huì)改變宇宙結(jié)構(gòu)的形態(tài)。例如，暗物質(zhì)會(huì)使穿過它們的光發(fā)生彎曲，使遠(yuǎn)距離空間物體的形象發(fā)生扭曲。而且，暗物質(zhì)會(huì)加速星系團(tuán)中星系的移動(dòng)。星系團(tuán)是幾百個(gè)星系的集合，其中包含的恒星、行星和氣體數(shù)量是真正的天文數(shù)字。星系團(tuán)中也有90%的物質(zhì)是 暗物質(zhì)，所以是理想的研究對象，特別是星系團(tuán)相互碰撞而導(dǎo)致它們中的暗物質(zhì)發(fā)生互動(dòng)的時(shí)候。

　　瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的David Harvey研究了星系團(tuán)的碰撞，發(fā)現(xiàn)了關(guān)于暗物質(zhì)的性質(zhì)的若干線索。他和他的同事一共研究了72個(gè)星系團(tuán)碰撞的數(shù)據(jù)。這些宇宙大碰撞發(fā)生在長達(dá)幾十億年 的時(shí)間里，是星系團(tuán)因?yàn)槠渥陨淼凝嫶筚|(zhì)量相互吸引而發(fā)生的。當(dāng)星系團(tuán)發(fā)生碰撞時(shí)，每個(gè)星系團(tuán)中的暗物質(zhì)都會(huì)與另一個(gè)星系團(tuán)中的暗物質(zhì)發(fā)生互動(dòng)，為我們提供 了研究暗物質(zhì)的獨(dú)特機(jī)會(huì)。

　　Harvey的數(shù)據(jù)來自于Chandra X射線太空望遠(yuǎn)鏡和哈勃望遠(yuǎn)鏡，其中也包括著名的子彈星系團(tuán)大碰撞，這次特殊的碰撞實(shí)際上是目前掌握的證明暗物質(zhì)存在的最好證據(jù)。

　　星系團(tuán)碰撞告訴我們什么？

　　研究人員分析了這些碰撞的數(shù)據(jù)，衡量了當(dāng)另個(gè)星系團(tuán)碰撞時(shí)其中暗物質(zhì)的動(dòng)量的變化。在地球上的實(shí)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)次原子粒子互動(dòng)時(shí)，它們會(huì)交換動(dòng)量。因此，根據(jù)碰撞后暗物質(zhì)動(dòng)量的變化，研究者就可以了解它們的性質(zhì)。

　　為了驗(yàn)證暗物質(zhì)是由粒子構(gòu)成的這個(gè)理論，研究設(shè)想了兩種可能出現(xiàn)的情境：

　　一種情境是暗物質(zhì)頻繁互動(dòng)，但是幾乎不交換動(dòng)量；

　　另一種情境是暗物質(zhì)之間的互動(dòng)極少，但是會(huì)交換大量的動(dòng)量。

　　在第一種情況下，暗物質(zhì)在碰撞后速度會(huì)慢下來，因?yàn)轭l繁的粒子互動(dòng)會(huì)導(dǎo)致額外的“阻礙”。

　　在第二種情況下，暗物質(zhì)會(huì)四處分散，并最終消失在空間里。

　　令人驚訝的是，研究發(fā)現(xiàn)，星系團(tuán)中的暗物質(zhì)的碰撞時(shí)只是互相穿過。這意味著暗物質(zhì)粒子之間并沒有發(fā)生互動(dòng)，從而也沒有因此放慢速度。相反，雖然暗物質(zhì)似乎會(huì)與可見物質(zhì)發(fā)生非引力性的互動(dòng)，但是它們彼此之間卻不會(huì)互動(dòng)。

　　更重要的是，這項(xiàng)研究挑戰(zhàn)了暗物質(zhì)是由像質(zhì)子這樣的粒子，或任何粒子，構(gòu)成的這個(gè)觀點(diǎn)?！拔覀儸F(xiàn)在認(rèn)為，‘兩個(gè)暗物質(zhì)粒子’發(fā)生互動(dòng)的可能，小于兩個(gè) 質(zhì)子發(fā)生互動(dòng)的可能。這意味著暗物質(zhì)不可能是由‘暗質(zhì)子’構(gòu)成的，”David Harvey說。“如果暗物質(zhì)是由暗質(zhì)子構(gòu)成的，我們就會(huì)看到它們互相發(fā)生撞擊?！保ㄔ霓D(zhuǎn)自phys.org，蝌蚪君編譯，轉(zhuǎn)載請標(biāo)注來源。）