2023年9月7日 罗伯特-莱亚（Robert Lea）发表
观测一颗由超大质量黑洞驱动的遥远类星体有助于更好地确定这种神秘物质的性质。
图示类星体发出的光线受到引力透镜作用，揭示了暗物质的分布（图片来源：NAOJ, K. T. Inoue）
天文学家利用阿尔伯特-爱因斯坦 100 多年前首次提出的一个原理，绘制出了暗物质分布图，其细节之详尽前所未有。研究小组的方法成功揭示了星系之间暗物质 "团块 "的存在，显示了这种神秘物质在较小尺度上的分布情况。
观测到的暗物质在遥远的类星体（或由超大质量黑洞驱动的明亮光源）和类星体与地球之间的星系之间发生波动，这有助于确定这种难以捉摸的物质的特性。
暗物质之所以令科学家们感到困扰，是因为尽管暗物质占我们宇宙的 85%，但它实际上是不可见的。这是因为暗物质要么不与包括可见光在内的任何电磁辐射发生相互作用，要么其相互作用微弱得令人难以置信。
这意味着构成暗物质的粒子--不管它们是什么--不可能是由电子、质子和中子组成的原子。这些重子构成了日常物质，构成了恒星、行星、我们的身体和我们日常所见的一切。
正是这个谜团促使人们加紧寻找这些所谓的暗物质粒子。
迄今为止，科学家们推断暗物质存在的唯一方法就是观察它通过引力对 "正常 "物质产生的影响。事实上，当天文学家这样做的时候，他们发现如果星系不是主要由暗物质组成，那么星系中的物质就会很快飞散，因为星系旋转得太快，无法被其中可见物质的引力固定在一起。
人们不仅认为星系被暗物质光环笼罩，以防止这种灾难的发生，而且一些暗物质模型还表明，星系内部应该有暗物质团块，并填充星系之间的空间。
由日本金台大学的井上嘉纪太郎（Kalki Taro Inoue）领导的一个日本研究小组开始利用阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）来更好地了解暗物质在一个遥远的大质量星系周围的分布情况，并在星系间空间寻找神秘的物质团块。
为此，他们利用一种叫做引力透镜的效应，观测到了来自一个叫做 MG J0414+0534 的类星体的光，该类星体距离地球 110 亿光年。
将暗物质置于宇宙放大镜之下
引力透镜是爱因斯坦 1915 年发表的广义相对论中首次出现的概念。这一概念与牛顿的万有引力理论截然不同，因为它将空间和时间的结构--统一为四维时空--重新想象为宇宙的动态元素，而不仅仅是宇宙事件发生的静态舞台。
爱因斯坦认为，有质量的物体会造成时空结构的弯曲或 "扭曲"。质量越大，时空曲率就越大。这可以用一个简单的二维案例来描述：物体被放置在拉伸的橡胶板上。一个保龄球会在橡胶板上形成比网球更大的凹痕，就像一个星系会在时空中形成比恒星更大的曲线一样。
此外，当地球与遥远的光源（比如另一个星系、一颗恒星，或者本例中的类星体）之间出现一个质量巨大的天体时，就会发生非常酷的事情。光线通常会沿着直线传播到地球，但当它经过这个弯曲的空间时，它的路径也会变得弯曲。离我们地球更近的质量造成的曲率会导致更极端的偏转。
这意味着来自单一光源的光线可以绕过大质量天体的不同路径，从而在不同时间到达望远镜。这可能会导致单个天体在图像中变亮和放大，甚至出现在同一图像的多个位置。
因此，介入的天体被称为引力透镜。
引力透镜可以帮助科学家看到那些通常过于遥远和暗淡而无法观测到的天体。例如，詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）利用引力透镜观测早期宇宙中的星系，就取得了很好的效果。
不过，除了帮助科学家研究引力透镜这一课题之外，这种效应还可以用来绘制星系中作为宇宙透镜的物质分布图。这包括绘制暗物质的分布图。
因此，天文学家能够绘制可见物质的分布图，然后推断出透镜星系中暗物质的分布。
ALMA 探测到的暗物质波动，浅橙色斑块代表暗物质密集区域，深色斑点代表暗物质密度较低的团块。
蓝色条纹是引力透镜类星体MG J0414+0534（图片来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K.T. Inoue et al)
伊努（Inoue ）和他的研究小组针对星系中的暗物质对其遥远的类星体进行了透镜观测，使得 MG J0414+0534 在一次 ALMA 观测中出现了四次。这使得研究人员能够以前所未有的高分辨率捕捉到该星系，并绘制出小至 30,000 光年的暗物质图。
他们还能够将引力透镜的应用向前推进一步。
利用ALMA的高分辨率，天文学家们能够绘制出星系之间以及110亿光年外类星体视线沿线的暗物质团块分布图。研究人员得出的结果有助于证实所谓的 "冷暗物质"（CDM）宇宙模型，该模型认为暗物质是由缓慢移动的粒子组成的。
这是因为 CDM 暗物质模型预测暗物质团块应该同时存在于星系内部和星系外部，分布于星系间空间。
研究小组的研究成果于本周四（9月7日）发表在《天体物理学报》上。
https://www.space.com/dark-matter-clumps-seen-between-galaxies-with-a-little-help-from-einstein