阿贝尔3827星系团的哈勃图片
暗物质可能并没有那么暗。
最近科学家第一次观测到了暗物质之间可能存在着非引力相互作用。欧洲南方天文台甚大望远镜和美国宇航局、欧洲空间局哈勃太空望远镜对星系碰撞进行的观测，为我们拾获了首条能够揭示这种神秘物质本质的有趣线索。
相关的天文学家小组研究了阿贝尔3827星系团中四个处于同一相撞过程中的星系。他们对这个天体系统的质量进行了定位，并将暗物质的分布情况与星系位置进行了比较。
虽然暗物质不可见，但科学家仍然可以通过“引力透镜”法来推断它的位置。星系相撞的现场通常都位于更遥远天体的前方。虽然背景天体与其没有关联，但这些星系周围的暗物质质量会扭曲时空，使来自遥远背景星系的光线发生偏移——从而把后者的影像扭曲成一种特殊的弧形。
根据我们当前的认识，所有星系都笼罩在暗物质团块中。假如没有暗物质的引力束缚，星系就会在自转过程中分崩离析。既然星系并没有因此解体，那么宇宙总质量的85%就都是不可见的1。但暗物质究竟是什么依然是一个谜。
哈勃图片所呈现的阿贝尔3827星系团暗物质分布情况
在该项研究中，人们对四个正处于相撞过程中的星系进行了观测，结果发现其中有一个星系的暗物质团块好像落到了它后方大约5000光年处。
据估计，假如暗物质之间存在着非引力相互作用2，那么在星系的相撞过程中，即便作用非常小，也会产生这种滞后现象。但之前还没有人看到过。
杜伦大学的理查德·马西解释说：“我们原本以为，除了引力作用以外，暗物质是一成不变的。假如我们发现在星系相撞过程中它被甩在了后方，那么就意味着事实并非如此，这将大大丰富我们对‘黑暗’物理学的认识。”
研究人员表示，为了排除其他可能性，还需要进行更多的分析。既要对更多的星系进行观测，也要用计算机对星系的碰撞进行模拟。
小组成员，明尼苏达大学的莉莉亚·威廉姆斯补充说：“我们通过引力作用知道暗物质存在，宇宙在它的协助下才得以成形，但是我们对暗物质究竟是什么仍然知之甚少。我们的观测结果表明，暗物质之间可能会以非引力的方式相互作用，这意味着我们有希望以此为依据，推导出揭示暗物质本质的理论。”
在取得这一成果前，研究小组曾对72个正在发生碰撞的星系团3进行过观测。结果表明星系团间的暗物质相互作用极少。新研究则把目光投向了单个星系的运动，而非星系团。研究人员说，星系间的碰撞过程更长——因此即便这种力量极其微弱，产生的结果也会随着时间的推移而逐渐累积，从而使暗物质的滞后现象达到可以被测量的级别4。
这两项成果都是有效的，它们收窄了我们对暗物质行为的认识。马西补充说：“我们正在从两个方向同时接近暗物质的真相。”
注释：
（1）天文学家发现，宇宙质能中68%是暗能量，27%是暗物质，5%是“普通”物质。所以宇宙85%的“物质”是不可见的。
（2）计算机模拟结果显示，星系相撞中产生的阻力会使暗物质的运动速度变慢。这种相互作用的本质是个谜；它可能是由我们已知的某种效应导致的，也有可能是受某种奇特的未知力量支配。现在我们只知道它并非由引力产生。
这四个星系可能都从包含着它们的暗物质团块中剥离了出来。但我们凑巧只能对其中一个星系进行高精度测量，因为它与背景天体的位置排列恰到好处。其他三个星系产生的透镜图像偏离得很远，因此无法获得有效的推论。
（3）星系团内含上千个单一星系。
（4）这一结果中存在的不确定性主要是相撞的时间跨度：拖慢暗物质的阻力有可能非常微弱，导致整个过程长达十亿年；也有可能这种力相对较强，“只需”一亿年就能起作用。
文/欧洲南方天文台
译/老孙
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