星系对撞背后的真相：暗物质到底是什么？

当星系团碰撞时，它们的暗物质会相互穿过，几乎不会相互影响。来自瑞士洛桑联邦理工学院和爱丁堡大学的科学家挑战了暗物质由粒子组成的观点，这使得暗物质的神秘更加神秘。

暗物质到底是什么？

暗物质是最大的科学难题之一。宇宙中的大量物质是暗物质，它是不可见的，与我们感觉到的任何东西都不同。关于暗物质的理论有很多，但没有一个能够统一江湖。在瑞士洛桑联邦理工学院和爱丁堡大学进行的一项合作研究中，科学家们研究了数十亿年来星系团碰撞中暗物质的行为模式。

尽管宇宙中90%以上的物质是暗物质，宇宙中四分之一以上的能量来自暗物质，但我们对暗物质知之甚少。天文学家所持的主流观点是，暗物质是由一种我们尚未发现的新型亚原子粒子组成的。还有一个更不寻常的理论，认为暗物质是一种量子损失、不同维度的质量，甚至是重力的变形。

暗物质会影响什么？

我们可以肯定的是，暗物质将通过重力与宇宙结构相互作用，并将改变宇宙结构的形状。例如，暗物质会使穿过它们的光线弯曲，并扭曲遥远空间物体的图像。此外，暗物质会加速星系团中星系的运动。星系团是数百个星系的集合，其中包含了天文数字的恒星、行星和气体。由于星系团中90%的物质是暗物质，所以它是一个理想的研究对象，尤其是当星系团相互碰撞并导致其中的暗物质相互作用时。

洛桑瑞士联邦理工学院的大卫·哈维研究了星系团的碰撞，发现了一些关于暗物质本质的线索。他和他的同事研究了总共72个星系团碰撞数据。这些宇宙碰撞发生在数十亿年前，因为星系团被它们巨大的质量相互吸引。当星系团碰撞时，每个星系团中的暗物质与另一个星系团中的暗物质相互作用，为我们研究暗物质提供了一个独特的机会。

哈维的数据来自钱德拉X射线太空望远镜和哈勃望远镜，包括著名的子弹状星系团碰撞，这实际上是证明暗物质存在的最佳证据。

星系团碰撞告诉我们什么？

研究人员分析了碰撞数据，并测量了另一个星系团碰撞时暗物质动量的变化。地球上的实验告诉我们，亚原子粒子相互作用时会交换动量。因此，根据碰撞后暗物质动量的变化，研究人员可以了解它们的性质。

为了验证暗物质是由粒子组成的理论，这项研究设想了两种可能的情况:

一种情况是暗物质经常相互作用，但几乎不交换动量。

另一种情况是暗物质之间几乎没有相互作用，但是大量的动量将会交换。

在第一种情况下，暗物质在碰撞后会减速，因为频繁的粒子相互作用会导致额外的“障碍”

在第二种情况下，暗物质会分散到各处，最终消失在太空中。

令人惊讶的是，这项研究发现星系团中的暗物质只有在碰撞时才会相互交叉。这意味着暗物质粒子不会相互作用，因此不会减速。相反，尽管暗物质似乎与可见物质有非引力相互作用，但它们之间并不相互作用。

更重要的是，这项研究挑战了暗物质由质子或任何粒子等粒子组成的观点。“我们现在相信‘两个暗物质粒子’之间相互作用的可能性小于两个质子之间相互作用的可能性。这意味着暗物质不能由‘暗质子’组成，”大卫·哈维说。"如果暗物质由暗质子组成，我们将会看到它们相互碰撞."

(原文来自phys.org，由小蝌蚪君编辑。请注明转载来源。)