神秘的黑暗斑点潜伏在遥远的星系深处

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翻译：尹天任

校对：蔡贺菁 王茸

审阅：牧夫校对组

编排：张荣娜

原作： Michelle Starr

https://www.sciencealert.com/mysterious-blob-of-darkness-found-lurking-deep-in-distant-galaxy

天文学家通过一次惊人的“引力侦探”壮举，发现了一个神秘而致密的不可见物质团块，嵌在一座距离地球约73亿光年的星系中。

这个团块究竟是什么，目前仍是一个未解之谜。但就它被探测到的距离而言，它的质量是极其微小的——仅约为太阳质量的一百万倍。这是迄今为止人类在宇宙尺度上通过引力效应发现的最小天体，打破了此前纪录约100倍。

德国马普天体物理研究所的天体物理学家德文·鲍威尔（Devon Powell）领导的团队表示：
“这是我们已知的通过引力效应在宇宙学距离上探测到质量最低的天体，比此前的记录低两个数量级。”

“这一研究证明了利用引力成像在遥远宇宙中探测数百万个太阳质量级天体的可行性。”

根据我们对宇宙的观测，宇宙中存在某种不发出光、且只通过引力与宇宙其余部分相互作用的物质。

我们称这种东西为“暗物质（dark matter）”。科学家提出了若干可能的解释，但暗物质的分布状态——是平滑的还是团块状的——对揭示其本质至关重要。然而，由于暗物质不发光，绘制其分布图极具挑战。

此时，引力成为关键。宇宙中一切具有质量的物体都会使周围的时空弯曲。质量越大，弯曲越强。想象在蹦床上放一个保龄球，若让一个弹珠在蹦床布上滚动，它会沿着被保龄球压出的弧形轨迹运行。

引力透镜效应示意图。

图片来源：NASA, ESA & L. Calçada）

现在把保龄球想象成一个星系，而弹珠则是一颗光子。当来自更遥远星系的光子群穿过前景星系（保龄球）造成的时空弯曲区时，它们到达我们时会被拉伸、扭曲、放大。这就是所谓的“引力透镜效应”。

这种透镜不仅能放大遥远宇宙中的影像，还能帮助天文学家根据扭曲的光线分布反演出前景物质（包括暗物质）的质量分布。

鲍威尔团队正是利用这一方法，结合多台射电望远镜——包括绿岸望远镜（GBT）、甚长基线阵列（VLBA）以及欧洲甚长基线干涉网（EVN）——对一个著名的引力透镜系统 JVAS B1938+666 进行观测。

该系统由一个距离地球约73亿光年的前景星系和一个距离约105亿年的背景星系组成。后者的光经过前景星系引力弯曲后，被拉伸并形成四个像。

JVAS B1938+666透镜系统，插图显示了斑点的位置。

白色像素显示了该团块的大致形状。

图片来源：Keck/EVN/GBT/VLBA

在这些成像中，一条明亮的弧状光带特别引人注意。研究者在弧线上发现了一个“收缩的凹陷”，而这种变形不可能由透镜星系单独产生。团队推测，必然存在一个额外的质量团块造成这一现象，这一结论的置信度高达26σ。

荷兰格罗宁根大学的天文学家约翰·麦基恩（John McKean）表示：“从第一张高分辨率图像开始，我们立刻注意到弧线变窄的现象，这正是我们发现某种质量团块的标志。只有在我们与远方射电星系之间存在另一小团质量物体，才能造成这种现象。”

这个团块不发出任何可见光、射电波或红外辐射——要么是完全黑暗的，要么亮度微弱到无法探测。由此，研究者提出了两种可能性：一、它是一个暗物质团块；二、它是一座极度昏暗、尚未被探测到的矮星系。

目前这两种解释都合理，仍需进一步观测与建模来确定真相。

鲍威尔说：“根据我们数据的灵敏度，预计至少应能发现一个暗物质团块。我们的发现与‘冷暗物质理论（cold dark matter theory）’一致，该理论是现代星系形成模型的核心。”

“现在我们已经找到一个，接下来的问题是——我们能否找到更多？它们的数量是否与理论模型预测相符？”

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

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绿岸望远镜

图片来源：NRAO/AUI/NSF

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