暗物质与暗能量

子弹星系团

两辆车相撞时,金属车架皱缩、停下,可座位上没固定的东西却继续往前滑,最后停在残骸前方。两个星系团对穿而过时,发生的事差不多就是这样。子弹星系团正是这样一场宇宙碰撞的残骸,它提供了暗物质真实存在、且与普通物质相分离的、最直接、最难回避的证据之一。

每个星系团由三样东西组成:星系(目标极小,大多毫发无损地穿过)、巨大的炽热气体云(占普通物质的大部分,像流体一样碰撞、升温、减速)和暗物质(若真实存在,应几乎不发生作用、径直穿过)。天文学家测绘子弹星系团时,用 X 射线找到了炽热气体——它堆积在中间,被碰撞拖停了。接着他们用引力透镜(背景星系光线的弯曲)测出质量真正在哪。质量并不在气体所在处:它已经穿过去、跑到了前面,与两侧的星系待在一起。

这种分离正是关键所在。星系团的大部分质量,和它大部分的普通(气体)物质是分开的——这恰恰就是「暗物质存在、并在碰撞中穿过,而气体被卡住」时所预言的。用修改引力很难解释,因为修改引力理论把额外的拉力绑在可见物质所在处,可这里引力明明指向物质并不可见的地方。子弹星系团常被称作暗物质的「确凿证据」,不过它是收紧、而非彻底排除了每一种替代方案。

子弹星系团的合成图叠加了两幅地图:粉色显示困在碰撞中央的炽热 X 射线气体,蓝色显示由引力透镜推断出的总质量,分成已经穿过去的两团。蓝色与粉色对不上——质量和普通气体已经分开了。

质量(透镜)与普通气体(X 射线)分处两地——这是无碰撞暗物质的有力证据。

子弹星系团很有说服力,但并非一锤定音的单一证据。支持暗物质最完整的论证,是把它与星系自转、宇宙微波背景和大尺度结构合在一起;每一条证据都为其他证据提供支撑。

又称
1E 0657-558子弹星团