对遥远星系周围“爱因斯坦环”的新认识让我们离解决暗物质争论更近了一步

物理学家认为，宇宙中的大部分物质都是由不可见物质组成的，我们只能通过它对我们可见的恒星和星系的间接影响来了解这些物质。

我们没有疯！ 没有这种“暗物质”，我们所看到的宇宙就没有意义。

但暗物质的性质是一个古老的谜团。 但， 新书房 由香港大学的 Alfred Amroth 及其同事撰写，发表于 自然天文学利用光的引力弯曲使我们更接近理解。

无形但无所不在

我们认为暗物质存在的原因是因为我们可以看到它对星系行为的引力影响。 具体来说，暗物质似乎约占宇宙质量的 85%，而我们能看到的大多数遥远星系似乎都被神秘物质的光环所包围。

但它之所以被称为暗物质，是因为它不发射、吸收或反射光，这使得它很难被探测到。

那么这些东西是什么？ 我们认为它一定是某种未知的基本粒子，但我们还不确定。 迄今为止，所有在实验室实验中检测暗物质粒子的尝试都以失败告终，物理学家几十年来一直在争论它们的性质。

科学家们提出了暗物质的两个主要假设候选者：相对较重的特征称为弱相互作用大质量粒子（或 WIMP），以及极轻的粒子称为轴子。 理论上，WIMPs 表现得像离散粒子，而由于量子干涉，轴子表现得更像波。

很难区分这两种可能性——但绕过遥远的星系稍微绕一圈就提供了线索。

引力透镜和爱因斯坦环

当光通过星系等大质量物体穿过宇宙时，它的路径是弯曲的，因为根据爱因斯坦的广义相对论，大质量物体的引力扭曲了它周围的空间和时间。

因此，有时当我们观察一个遥远的星系时，我们会看到它后面其他星系的扭曲图像。 如果一切都完美地排列在一起，来自背景星系的光将环绕最近的星系。

这种光的扭曲被称为“引力透镜”，它可以产生的圆圈被称为“爱因斯坦环”。

通过研究环或其他透镜图像如何扭曲，天文学家可以了解最近星系周围暗物质晕的特性。

轴子与 WIMP

而这正是 Amroth 和他的团队在他们的新研究中所做的。 他们研究了几个系统，在这些系统中，在前景透镜星系周围的背景中可以看到同一物体的多个副本，特别关注一个名为 HS 0810+2554 的系统。

使用详细的建模，他们计算出如果暗物质由 WIMP 构成，则图像将如何扭曲，而如果暗物质由轴子构成，图像将如何扭曲。 WIMP 模型看起来不太像真实的东西，但轴子模型准确地再现了系统的所有特征。

这一发现表明轴子更可能是暗物质的候选者，它们解释透镜异常和其他天体物理学观测的能力令科学家们恼火。

粒子和星系

这项新研究建立在之前的研究基础上，这些研究也表明轴子是暗物质最有可能的形式。 例如， 一项研究 研究了轴子暗物质对宇宙微波背景的影响，同时 最后的 检查矮星系中暗物质的行为。

虽然这项研究不会结束关于暗物质性质的科学辩论，但它确实为测试和实验开辟了新的途径。 例如，未来的引力透镜观测可用于探测轴突的波状性质，并可能测量它们的质量。

更好地了解暗物质将对我们对粒子物理学和早期宇宙的了解产生影响。 它还可以帮助我们更好地了解星系是如何形成和随时间变化的。