通過(guò)使用哈勃太空衛(wèi)星，科學(xué)家探索了在星系碰撞過(guò)程中暗物質(zhì)的性質(zhì)，暗物質(zhì)比以前的想象更加“黑暗”。分析和研究了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和錢德拉X-射線天文臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家力求在星系團(tuán)碰撞的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的行為，科學(xué)》雜志刊載了科學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究成果。暗物質(zhì)的相互作用比以前的理解和想象更少，懶惰性更強(qiáng)，暗物質(zhì)的“天生惰性”有助于科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們的神秘蹤跡，縮小暗物質(zhì)搜索的范圍，通過(guò)激發(fā)措施“顯現(xiàn)”它們的躲藏之處。

長(zhǎng)期以來(lái)，暗物質(zhì)成了科學(xué)界的“老大難“問(wèn)題，好似有不可穿越的“鐵幕”或“黑幕”籠罩在科學(xué)知識(shí)的天空。宇宙中的暗物質(zhì)遠(yuǎn)多于可見(jiàn)物質(zhì)，它們躲藏在可見(jiàn)物質(zhì)的背后，人們用肉眼看不見(jiàn)它們的身影，暗物質(zhì)不反射、不吸收、不發(fā)射光線。顧名思義，暗物質(zhì)是某種看不見(jiàn)的物質(zhì)，它們“原形畢露”的唯一特征是顯示了引力的作用，暗物質(zhì)吸引了宇宙的可見(jiàn)物質(zhì)，它們的生存法則是“我吸引、故我在”。

為了更好地理解暗物質(zhì)的神秘性，研究人員使用了類似可見(jiàn)物質(zhì)的探測(cè)方法，可見(jiàn)物質(zhì)在相互碰撞中出現(xiàn)了什么結(jié)果，暗物質(zhì)在相互碰撞中產(chǎn)生了什么現(xiàn)象。在碰撞實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，天文學(xué)家將眼光投向了宇宙星系的大聚合，這些聚合的星系被稱為星系團(tuán)，而星系的相互碰撞自然而然地觸及到暗物質(zhì)的作用，星系內(nèi)有大量的暗物質(zhì)，在星系團(tuán)內(nèi)發(fā)生的星系大碰撞為暗物質(zhì)的作用搭建了舞臺(tái)。

星系通常由恒星、氣體云和暗物質(zhì)這三種主要的成分，在星系大碰撞的過(guò)程中，分散在星系的氣體云產(chǎn)生了相互沖壓，星系減慢了移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，甚至或停止了移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。恒星受氣體云的拖動(dòng)作用很小，恒星之間通常有巨大的距離，彼此難以產(chǎn)生減慢轉(zhuǎn)動(dòng)速度的作用，當(dāng)兩顆恒星發(fā)生碰撞時(shí)，從中產(chǎn)生的巨大摩擦力會(huì)改變恒星的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)方式。

瑞士洛桑聯(lián)邦科技大學(xué)(EPFL)的戴維·哈維解釋說(shuō)，氣體云和恒星在星系碰撞的過(guò)程中存在某種相互作用的機(jī)理，科學(xué)家比較了暗物質(zhì)的行為，縮小了暗物質(zhì)的搜索范圍。科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和錢德拉X—射線天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生在72個(gè)大星系團(tuán)內(nèi)的碰撞事件進(jìn)行了研究。大碰撞事件發(fā)生在不同的天文時(shí)期，太空望遠(yuǎn)鏡有不同的觀測(cè)角度，有的從側(cè)面、有的從正面觀測(cè)。

好似恒星在大碰撞過(guò)程中的展示，暗物質(zhì)在劇烈的碰撞之中絲毫未損，它們“如入無(wú)人之境”地相互穿越，沒(méi)有出現(xiàn)任何減速的跡象，恒星的相互碰撞有不同的特征。暗物質(zhì)在相互碰撞的過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生巨大的間隙，處于難以分離的融合狀態(tài)。物理學(xué)界有一種主流的理論，暗物質(zhì)在星系碰撞與合并的過(guò)程中整齊劃一，均勻一致，它們被平均地分散于整個(gè)星系團(tuán)。暗物質(zhì)粒子在星系碰撞期間彼此靠近，它們頻繁地相互擠壓，移動(dòng)速度沒(méi)有降低。暗物質(zhì)粒子與可見(jiàn)物質(zhì)粒子幾乎不發(fā)生作用，暗物質(zhì)粒子之間很少發(fā)生相互作用，它們的相互作用比以前想到的要少了很多。

英國(guó)杜蘭大學(xué)的理查德·馬什解釋說(shuō)，在以前的研究中發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)行為在子彈星系團(tuán)表現(xiàn)得十分典型，但僅有一個(gè)星系團(tuán)的樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)不足以解釋普遍的現(xiàn)象，星系的一次相互碰撞可能持續(xù)數(shù)億年時(shí)間，而人的一生僅能從單一的拍攝角度捕捉星系碰撞的一個(gè)鏡頭?？茖W(xué)團(tuán)隊(duì)研究了大量不同天文時(shí)期的天體碰撞事件，一個(gè)一個(gè)的畫面被連在一起，產(chǎn)生了動(dòng)畫電影的效果，以便更好地理解了在星系碰撞中發(fā)生了什么的問(wèn)題。缺少相互作用的暗物質(zhì)現(xiàn)象使得科學(xué)家縮小了搜索暗物質(zhì)特征的范圍，粒子物理學(xué)家也在搜索神秘的暗物質(zhì)粒子，他們?cè)趧?chuàng)建數(shù)學(xué)模型時(shí)減少了一些變量，未知數(shù)的減少有助于方程式的解答。

暗物質(zhì)有潛在的豐富性和復(fù)雜性，科學(xué)家研究過(guò)幾種類型的相互作用，科學(xué)團(tuán)隊(duì)排除了一種相互作用的類型，這種類型的理論創(chuàng)建者認(rèn)為，暗物質(zhì)在碰撞中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的摩擦力，減緩了暗物質(zhì)的移動(dòng)。其它類型的理論創(chuàng)建者認(rèn)為，暗物質(zhì)的碰撞作用使得暗物質(zhì)粒子相互彈開，好似彈子球經(jīng)過(guò)碰撞之后被彈開一樣，彈性碰撞效應(yīng)使得暗物質(zhì)相互分開，或使得暗物質(zhì)團(tuán)塊的形狀發(fā)生了改變。

除了增加星系碰撞事件的數(shù)量，科學(xué)團(tuán)隊(duì)尋找了單星系碰撞的情形，在單星系內(nèi)發(fā)生的碰撞事件更加普遍。已選出了幾個(gè)暗物質(zhì)的候選對(duì)象，但暗物質(zhì)究竟是什么，科學(xué)家的探索遠(yuǎn)沒(méi)有到達(dá)終點(diǎn)，科學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究成果朝著暗物質(zhì)的搜索方向邁進(jìn)了一步，他們只是瞥見(jiàn)了暗物質(zhì)特性的某些方面，暗物質(zhì)總體的特征仍然是現(xiàn)代科學(xué)中的“斯芬克斯之謎”。

（編譯：2015-3-30）

鄧如山 – 知乎