科學(xué)家在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)“子暈”。

理論上，包裹著星系的暗物質(zhì)“暈”是由大量“子暈”和“子子暈”組成的。

P. Madau / J. Diemand / M. Kuhlen

近日科學(xué)家通過辨別宇宙的精確自然時(shí)鐘——脈沖星脈沖中的細(xì)微差異，在距離我們只有3260光年的地方，在天文學(xué)意義上僅“咫尺之遙”的銀河系空間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)看不見的巨無霸。

這個(gè)巨無霸位于銀河系中心方向，略高于銀道面，其質(zhì)量相當(dāng)于1000萬個(gè)太陽，大部分質(zhì)量集中在一個(gè)直徑大約2600多光年的范圍內(nèi)。

在1月29日的《物理學(xué)評論快報(bào)》上，來自美國阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校的Sukanya Chakrabarti等人認(rèn)為，這個(gè)巨無霸是一個(gè)暗物質(zhì)團(tuán)塊，且是一種科學(xué)家以前從未發(fā)現(xiàn)過的類型——“子暈”。

所謂暗物質(zhì)，是一種不發(fā)光、不吸收也不反射電磁波的不可見物質(zhì)。它占宇宙質(zhì)能總和（物質(zhì)+能量）的26.8%，是普通物質(zhì)（原子、分子等）的5倍多，主導(dǎo)著宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成。人們目前僅能通過暗物質(zhì)引力對周邊宇宙的影響對此加以證實(shí)。因此也有人猜想，暗物質(zhì)是來自另一個(gè)維度的引力滲透。

研究稱，包括我們銀河系在內(nèi)的大部分星系，都“浸泡”在巨大的暗物質(zhì)“暈（halo）”中。科學(xué)家推測這樣的“暈”中還存在著無數(shù)被稱為“子暈（subhalo）”的較小團(tuán)塊，但一直未能找到觀測證據(jù)。現(xiàn)在，人們終于在距離太陽大約1000秒差距的地方，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)。

暗物質(zhì)“子暈”是在大質(zhì)量暗物質(zhì)暈內(nèi)部，因引力約束而形成的較小尺度的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)。它們是在宇宙結(jié)構(gòu)形成過程中，通過等級(jí)成團(tuán)機(jī)制產(chǎn)生的次級(jí)暗物質(zhì)團(tuán)塊，可能會(huì)呈現(xiàn)出“暈中暈”的層級(jí)結(jié)構(gòu)。例如暗物質(zhì)“暈”中有“子暈”，“子暈”中可能還會(huì)包含更小的“子子暈”等。“子暈”的質(zhì)量跨度極大。最大的可達(dá)星系團(tuán)級(jí)——太陽的101?倍；最小的可能比地球還小。“子暈”在宿主“暈”內(nèi)呈準(zhǔn)各向同性分布。

發(fā)現(xiàn)“子暈”的難度相當(dāng)大。研究人員在此過程中利用了一種名為“脈沖星”的恒星殘骸。脈沖星會(huì)以固定且極其精確的頻率發(fā)射無線電波。當(dāng)這些無線電波在穿越空間到達(dá)地球過程中，可能會(huì)受引力影響而發(fā)生變化。通過分析這種極為細(xì)微的變化，人們就能推算出哪里可能有暗物質(zhì)存在。

在分析了總計(jì)53顆脈沖星傳來的信號(hào)后，研究人員發(fā)現(xiàn)其中2顆相鄰脈沖星發(fā)出的脈沖信號(hào)速率會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，暗示這些信號(hào)可能受到了某種大質(zhì)量物體的引力影響。

研究人員將附近總計(jì)19顆脈沖星納入了研究，發(fā)現(xiàn)該觀測結(jié)果無法用受到恒星或氣體云的影響來解釋，因此最大的可能就是暗物質(zhì)在作祟。

鑒于暗物質(zhì)理論對暗物質(zhì)“子暈”的分布特點(diǎn)有不同的預(yù)言，如果科學(xué)家能夠繪制出銀河系內(nèi)所有暗物質(zhì)“子暈”的分布圖，那么暗物質(zhì)的本質(zhì)就呼之欲出了。而這，也正是研究人員接下來要努力的方向。

參考

Constraints on a dark matter subhalo near the sun from pulsar timing

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/29xz-nt5z