星系团速度弥散

想象一群蜜蜂在蜂巢周围嗡嗡乱飞。有的朝你飞来，有的飞开，有的横着飞；它们并非都以同一速度运动。如果你能测出它们速度的离散程度，就能了解到蜂巢把它们抓得有多牢。星系团就是成百上千个星系绕着共同的引力中心运行的「蜂群」，而它们速度的离散——速度弥散——正是直接揭示有多少质量把它们束缚在一起的线索。

天文学家从每个星系光线的多普勒位移测出它沿视线方向的速度，再看这些速度散得有多开。一个典型的富星系团，速度弥散约为每秒一千公里——星系们正以惊人的速度飞驰。它们动得越快，要拉住它们不飞散所需的引力就越强。所以大的速度弥散意味着大的总质量，这一关系植根于位力定理（质量大致随弥散的平方增长）。

这正是暗物质最早的线索。1933 年，弗里茨·兹威基测量了后发座星系团中星系的速度弥散，发现它们运动得如此之快，以至于看得见的星系只能提供把星系团聚在一起所需引力的一小部分。他为这缺失的质量造出了「dunkle Materie」（暗物质）一词。他的估计很粗糙，也长期被忽视，但基本结论站住了脚：星系团所含的质量远远超过肉眼所见，其中大部分是暗的。