發現迄今為止最輕的暗天體！

利用全球望遠鏡網絡，天文學家探測到了迄今為止宇宙中所發現的質量最低的暗天體。如果能夠找到更多此類天體并揭示其本質，那么一部分關于暗物質性質的理論假說可能將被排除。相關研究結果已于近期以兩篇論文的形式發表于《自然·天文學》和《皇家天文學會月刊》上。

宇宙中的低質量天體

ΛCDM模型，是宇宙學的主流模型。在這個模型中，宇宙的組成成分有三種：普通物質僅占宇宙的5%，包括恒星、行星、氣體、塵埃等我們能觀測到的物質；約25%是由本質未知的暗物質構成；還有高達約70%則是由同樣神秘的暗能量構成。

ΛCDM模型非常成功地解釋了大尺度宇宙結構和膨脹歷史。但在比星系更小的尺度上，支持ΛCDM模型的觀測證據目前還不確定。原因在于：普通物質、輻射和暗物質之間存在非常復雜、非線性的相互作用，使模型預測和實際觀測難以完全匹配。

要在低質量天體（不超過約10?倍太陽質量）范圍內檢驗ΛCDM，有一個核心難題：這些天體通常又遠又暗，很難準確測量它們的亮度、大小和總質量。

對于會發光的低質量天體，例如超致密矮星系和球狀星團，天文學家目前只能在近域宇宙中直接看到它們。相比之下，利用星系團的強引力透鏡的放大效應，已經幫助科學家能在極早期宇宙探測到一些更遙遠的天體，例如矮星系、星團，甚至是單顆恒星。

引力透鏡效應：遙遠星系發出的光在經過地球與星系之間的大質量星系團時，由于星系團的強大引力會扭曲時空，所以光的路徑也會發生彎曲。（圖/L. Hustak, STScI）

不過，這類觀測僅對這些天體發出的光敏感，無法直接測量它們所包含的總質量，特別是暗物質部分，只能通過間接方式推算。

除此之外，還有一些低質量天體本身是不發光的，例如暗物質暈或孤立的中等質量黑洞，它們不會產生可觀測的電磁信號，因此更難被發現。

但強引力透鏡效應，為研究幾乎不發光或完全沒有電磁輻射的低質量天體，提供了一條強有力的研究途徑。

來自“地球級望遠鏡”的突破

JVAS B1938+666是一個強引力透鏡系統。前景中有一顆早型星系，它使得來自更遠處的背景星系發出的光和射電信號都產生了引力透鏡效應。

在新的研究中，為了尋找JVAS B1938+666系統中是否還存在其他低質量暈，研究團隊使用了由全球多臺望遠鏡組成的網絡，其中包括綠岸射電望遠鏡（GBT）、甚長基線陣（VLBA）和歐洲甚長基線干涉網（EVN），這些設備共同構成了一個相當于“地球尺度”的超級望遠鏡，用以捕捉暗天體引力透鏡效應產生的微弱信號。

為了處理規模極其龐大且復雜的觀測數據，他們還開發了必須在超級計算機上才能運行的全新建模算法。研究團隊預計，包括銀河系在內的每個星系，都布滿了暗物質小團塊，這意味著需要大量繁重的數值計算工作。

他們采用了一種名為“引力成像”（GI）的特殊技術，這是一種基于像素化的非參數建模手段，可用于在強透鏡系統中識別局部質量過密的區域。

黑色環狀結構及中心點為遠方星系在引力透鏡作用下的紅外成像，橙紅色區域為同一星系的射電輻射。放大圖顯示了由另一顆更小的暗引力透鏡引起的弧線收縮（白色斑點所示）。（圖/Keck/EVN/GBT/VLBA）

結果是，在第一張高分辨率圖像中，他們立刻注意到引力弧出現“收縮”的現象，而這正是提示有可能發現異常的關鍵跡象。而且不論如何調整模型參數，它都穩定存在，因此可信度很高。唯一能造成這種現象的，是在地球與那個遙遠射電星系之間，存在一個額外的小質量攝動體。

研究結果表明，這個神秘天體的質量約為10?倍的太陽質量，位于距離地球約100億光年的宇宙深處。這是迄今利用該技術發現的質量最低的天體，其質量比此前通過類似方法探測到的天體低約兩個數量級。

這一天體不發出任何光或其他輻射，但關于其真實屬性仍不得而知：它可能是一個暗物質團，也可能是一個極為緊致、處于靜止狀態的矮星系。

暗物質理論或面臨篩選

研究團隊正進一步分析數據，以便更好地理解這個神秘的暗物體究竟屬于何種性質；同時，他們也正在觀測天空的其他區域，嘗試用同樣的方法尋找更多類似的低質量暗天體。

發現這類低質量天體對于理解暗物質的本質至關重要。暗物質除了引力效應外幾乎無法被直接感知，但科學界認為，它決定了星系、恒星及其他可見天體在宇宙中的分布格局。天文學家關心的核心問題之一是：暗物質是否能夠在沒有恒星存在的情況下，以小團塊形式獨立存在？這一問題的答案可能驗證或推翻部分暗物質理論。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02651-2

https://doi.org/10.1093/mnrasl/slaf039

https://www.ucdavis.edu/news/astronomers-find-mystery-dark-object-distant-universe

https://www.mpg.de/25518363/1007-asph-astronomers-image-a-mysterious-dark-object-in-the-distant-universe-155031-x?c=2249

#圖片來源：

封面圖&首圖：Keck/EVN/GBT/VLBA