如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

在哥倫布發現美洲的時候,他並不會意識到未來的美洲將會發展成什麼樣的文明。

發明互聯網的人也不會意識到,今天我們手中的手機是如何聯通了我們的這個世界。

今天我們這些研究暗物質的人,也不會想到有朝一日暗物質的秘密完全被揭開以後它會產生什麼樣的作用。

李然,國家天文臺的副研究員,關於暗物質,他有話要說。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

關於暗物質,重要的是,如何繪製出來它們的地圖?如何在宇宙中找出來它們的分佈?那麼這樣的一件事情就是我和很多跟我一樣的天文學研究者做的事情。怎樣去找它們?因為它們不發光,你看不見它們,所以你唯一能夠探測到它們的方式就是通過它們的引力效應。什麼叫引力效應?你能不能束縛住星系這就是一個引力效應。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

但是茨威基他當年提出了一個更好的方法,我們要通過引力對光線的偏折來找到它們,就是要通過引力透鏡的方法來找到暗物質。在我們的生活中我們看到很多光線偏折的現象,我們有凸透鏡、凹透鏡,它們都能夠彎折光線。我們放一杯水,將一個筷子插在水中我們就看到筷子彎折了。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

在我們的宇宙中也有很多可以偏折光線的實物,那就是我們的天體。根據愛因斯坦的廣義相對論,只要有物質的地方空間就會發生彎曲。那麼當遙遠的宇宙中天體發出來的光,經過這樣彎曲的時空,我們就會看到它的圖像發生了改變,本來它的位置應該是在這個圖的左邊。光線被彎曲以後,由於我們的人眼總是去追蹤光線的反向延長線,所以我們會覺得這個天體的位置實際上在右邊。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

那在宇宙中,我們再繼續想一下,如果在遙遠的天體,遙遠的宇宙中有一個天體發出光線,那在它跟我們之間如果存在另外一個有很多質量的天體的話,那會出現什麼情況?光線會從四面八方都發生彎折,從不同的路徑進入到地球人觀測者的眼中,那這個時候你看到的就不只是這一個天體,它的位置移動了,而是你會看到它在天上變成了一個光環。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

我們的眼睛總是追蹤光線來的方向,所以會覺得這一個天體在空中變成了一個光環,這就是引力透鏡現象。這個光環有時候被稱作“愛因斯坦環”。所以引力透鏡並不是一個儀器,並不是一個我們放在地面上的儀器,而是我們利用宇宙中的天體去觀測更遠處的宇宙這樣的一種方式。

在我們的宇宙中是不是真的存在愛因斯坦環?答案當然是肯定的。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

在這張圖片中我們看到哈勃望遠鏡拍攝的高分辨率圖像中有一個非常漂亮的愛因斯坦環的圖像,這個藍色的環像戒指一樣圍繞著這個金色的星系,實際上這個藍色的環是遙遠宇宙中的一個正常的星系,它之所以變得這麼扭曲,是因為這個金色星系的引力場彎曲了它的光線。我們還可以看到更多的樣本。

如何繪製暗物質地圖?這項工作究竟進展到什麼程度?

茨威基當年說的是對的,當我們拿出一個星系團,我們在星系團裡面能夠找到很多這種扭曲的圖像,那麼這些圖像是什麼?它們看起來並不像是一個正常的星系,但是它們確實是一個正常的星系,這是因為它們在距離星系團更遠的地方,所以當我們透過星系團去觀察它們的時候會覺得它們被扭曲得很厲害。


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