小型暗物质团块？

引力透镜系统MG J0414+0534中的异常。ALMA / ESO / NAOJ / NRAO

“暗物质”是科学家对宇宙中那种广为人知的神秘引力源的称呼。它看不见摸不着，却支配着宇宙结构的存在 ，因此也有人把它形容为“高维”宇宙的投影。

近日，日本近畿大学的天文学家使用智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米波射电望远镜阵列，对一个名叫MG J0414+534的引力透镜系统进行研究时，意外地发现了小型暗物质团块存在的证据。以往人们只在大尺度——比如星系或星系团的尺度上间接研究过暗物质团块，对小尺度暗物质碎块了解不多。

在这个引力透镜系统中，质量巨大的前景星系弯曲了后方一个遥远类星体发出的光。类星体距离地球约110亿光年，其发出的光被弯曲后，在天文学家的视野中形成了4个像，但这些像看起来有些异常。

研究人员在对数据进行了分析之后认为，影像中的异常是由存在于这个类星体和地球之间的小型暗物质团块引力影响所致。施加影响的暗物质团块尺度相对很小，而MG J0414+534的引力透镜效应放大了它产生的效应。

在MG J0414+0534这个引力透镜系统中，后方类星体影像的形态和位置，不符合科学家根据前景星系及星系内部暗物质总量所作的预测。影像中的异常表明，在MG J0414+0534产生引力透镜效应中，叠加着由小型暗物质团块产生的次级效应。

计算结果表明，产生次级效应的暗物质团块尺度大约只有3万光年，比我们在暗物质研究中惯见的所谓“宇宙尺度”要小得多。“宇宙尺度”一般在数十甚至上百亿光年以上。

研究人员还发现，这些小暗物质团块的表现与所谓“冷暗物质”模型的理论预言相符。根据该模型的预言，暗物质团块可以存在于星系中，也可以分散在星系际空间。而小型暗物质团块由于比较小，它们的引力透镜效应一般较难被单独观测到。

不久之前，还有天文学家用中国的“天眼”，也就是“五百米口径球面射电望远镜（FAST）”在距离地球1800万光年的M94星系附近发现过一个疑似小型暗物质晕的神秘天体。

这个天体名叫“Cloud-9”，是一个21厘米射电波的发射源，主要由低温中性氢组成。让人感到疑惑的是，Cloud-9内没什么恒星。科学家怀疑它之所以会产生21厘米发射线是因为它是一团游离的暗物质晕。

大部分冷暗物质理论认为暗物质晕发展到一定规模后，其内部就会因为聚集了大量常规物质而形成星系。但也会有一些低质量的暗物质晕在经历了几十亿年的演化后，依然没有什么恒星演化出来。也就是说，并不是所有暗物质晕都会包含星系。Cloud-9就有可能是这样的一团游离的暗物质晕——当然也有可能其内部星系因为过于昏暗而尚未被发现。

参考New Cosmological Constraints on the Nature of Dark Matterhttps://www.nao.ac.jp/en/news/science/2023/20230907-alma.htmlALMA Measurement of 10 kpc Scale Lensing-power Spectra toward the Lensed Quasar MG J0414+0534https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aceb5fIs a recently discovered HI cloud near M94 a starless dark matter halo?https://arxiv.org/abs/2309.03253