暗物質與暗能量

子彈星系團

兩輛車相撞時,金屬車架皺縮、停下,可座位上沒固定的東西卻繼續往前滑,最後停在殘骸前方。兩個星系團對穿而過時,發生的事差不多就是這樣。子彈星系團正是這樣一場宇宙碰撞的殘骸,它提供了暗物質真實存在、且與普通物質相分離的、最直接、最難迴避的證據之一。

每個星系團由三樣東西組成:星系(目標極小,大多毫髮無損地穿過)、巨大的熾熱氣體雲(佔普通物質的大部分,像流體一樣碰撞、升溫、減速)和暗物質(若真實存在,應幾乎不發生作用、徑直穿過)。天文學家測繪子彈星系團時,用 X 射線找到了熾熱氣體——它堆積在中間,被碰撞拖停了。接著他們用重力透鏡(背景星系光線的彎曲)測出質量真正在哪。質量並不在氣體所在處:它已經穿過去、跑到了前面,與兩側的星系待在一起。

這種分離正是關鍵所在。星系團的大部分質量,和它大部分的普通(氣體)物質是分開的——這恰恰就是「暗物質存在、並在碰撞中穿過,而氣體被卡住」時所預言的。用修改重力很難解釋,因為修改重力理論把額外的拉力綁在可見物質所在處,可這裡重力明明指向物質並不可見的地方。子彈星系團常被稱作暗物質的「確鑿證據」,不過它是收緊、而非徹底排除了每一種替代方案。

子彈星系團的合成圖疊加了兩幅地圖:粉色顯示困在碰撞中央的熾熱 X 射線氣體,藍色顯示由重力透鏡推斷出的總質量,分成已經穿過去的兩團。藍色與粉色對不上——質量和普通氣體已經分開了。

質量(透鏡)與普通氣體(X 射線)分處兩地——這是無碰撞暗物質的有力證據。

子彈星系團很有說服力,但並非一錘定音的單一證據。支持暗物質最完整的論證,是把它與星系自轉、宇宙微波背景和大尺度結構合在一起;每一條證據都為其他證據提供支撐。

又稱
1E 0657-558子弹星团