星系團速度彌散

想像一群蜜蜂在蜂巢周圍嗡嗡亂飛。有的朝你飛來，有的飛開，有的橫著飛；它們並非都以同一速度運動。如果你能測出它們速度的離散程度，就能了解到蜂巢把它們抓得有多牢。星系團就是成百上千個星系繞著共同的重力中心運行的「蜂群」，而它們速度的離散——速度彌散——正是直接揭示有多少質量把它們束縛在一起的線索。

天文學家從每個星系光線的都卜勒位移測出它沿視線方向的速度，再看這些速度散得有多開。一個典型的富星系團，速度彌散約為每秒一千公里——星系們正以驚人的速度飛馳。它們動得越快，要拉住它們不飛散所需的重力就越強。所以大的速度彌散意味著大的總質量，這一關係植根於位力定理（質量大致隨彌散的平方增長）。

這正是暗物質最早的線索。1933 年，弗里茨·茲威基測量了后髮座星系團中星系的速度彌散，發現它們運動得如此之快，以至於看得見的星系只能提供把星系團聚在一起所需重力的一小部分。他為這缺失的質量造出了「dunkle Materie」（暗物質）一詞。他的估計很粗糙，也長期被忽視，但基本結論站住了腳：星系團所含的質量遠遠超過肉眼所見，其中大部分是暗的。