遼寧
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翻譯：尹天任
校對：蔡賀菁 王茸
審閱：牧夫校對組
編排：張榮娜
原作： Michelle Starr
https://www.sciencealert.com/mysterious-blob-of-darkness-found-lurking-deep-in-distant-galaxy
天文學家通過一次驚人的“引力偵探”壯舉，發現了一個神秘而致密的不可見物質團塊，嵌在一座距離地球約73億光年的星系中。
這個團塊究竟是什么，目前仍是一個未解之謎。但就它被探測到的距離而言，它的質量是極其微小的——僅約為太陽質量的一百萬倍。這是迄今為止人類在宇宙尺度上通過引力效應發現的最小天體，打破了此前紀錄約100倍。
德國馬普天體物理研究所的天體物理學家德文·鮑威爾（Devon Powell）領導的團隊表示：
“這是我們已知的通過引力效應在宇宙學距離上探測到質量最低的天體，比此前的記錄低兩個數量級。”
“這一研究證明了利用引力成像在遙遠宇宙中探測數百萬個太陽質量級天體的可行性。”
根據我們對宇宙的觀測，宇宙中存在某種不發出光、且只通過引力與宇宙其余部分相互作用的物質。
我們稱這種東西為“暗物質（dark matter）”。科學家提出了若干可能的解釋，但暗物質的分布狀態——是平滑的還是團塊狀的——對揭示其本質至關重要。然而，由于暗物質不發光，繪制其分布圖極具挑戰。
此時，引力成為關鍵。宇宙中一切具有質量的物體都會使周圍的時空彎曲。質量越大，彎曲越強。想象在蹦床上放一個保齡球，若讓一個彈珠在蹦床布上滾動，它會沿著被保齡球壓出的弧形軌跡運行。
引力透鏡效應示意圖。
圖片來源：NASA, ESA & L. Cal?ada）
現在把保齡球想象成一個星系，而彈珠則是一顆光子。當來自更遙遠星系的光子群穿過前景星系（保齡球）造成的時空彎曲區時，它們到達我們時會被拉伸、扭曲、放大。這就是所謂的“引力透鏡效應”。
這種透鏡不僅能放大遙遠宇宙中的影像，還能幫助天文學家根據扭曲的光線分布反演出前景物質（包括暗物質）的質量分布。
鮑威爾團隊正是利用這一方法，結合多臺射電望遠鏡——包括綠岸望遠鏡（GBT）、甚長基線陣列（VLBA）以及歐洲甚長基線干涉網（EVN）——對一個著名的引力透鏡系統 JVAS B1938+666 進行觀測。
該系統由一個距離地球約73億光年的前景星系和一個距離約105億年的背景星系組成。后者的光經過前景星系引力彎曲后，被拉伸并形成四個像。
JVAS B1938+666透鏡系統，插圖顯示了斑點的位置。
白色像素顯示了該團塊的大致形狀。
圖片來源：Keck/EVN/GBT/VLBA
在這些成像中，一條明亮的弧狀光帶特別引人注意。研究者在弧線上發現了一個“收縮的凹陷”，而這種變形不可能由透鏡星系單獨產生。團隊推測，必然存在一個額外的質量團塊造成這一現象，這一結論的置信度高達26σ。
荷蘭格羅寧根大學的天文學家約翰·麥基恩（John McKean）表示：“從第一張高分辨率圖像開始，我們立刻注意到弧線變窄的現象，這正是我們發現某種質量團塊的標志。只有在我們與遠方射電星系之間存在另一小團質量物體，才能造成這種現象。”
這個團塊不發出任何可見光、射電波或紅外輻射——要么是完全黑暗的，要么亮度微弱到無法探測。由此，研究者提出了兩種可能性：一、它是一個暗物質團塊；二、它是一座極度昏暗、尚未被探測到的矮星系。
目前這兩種解釋都合理，仍需進一步觀測與建模來確定真相。
鮑威爾說：“根據我們數據的靈敏度，預計至少應能發現一個暗物質團塊。我們的發現與‘冷暗物質理論（cold dark matter theory）’一致，該理論是現代星系形成模型的核心。”
“現在我們已經找到一個，接下來的問題是——我們能否找到更多？它們的數量是否與理論模型預測相符？”
責任編輯：楊伯順
牧夫新媒體編輯部
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綠岸望遠鏡
圖片來源：NRAO/AUI/NSF
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