物理学家在寻找暗物质晕在星系气体中飞行时留下的痕迹

对暗物质（一种未知且不可见的物质，被认为构成了宇宙中绝大多数物质）的探索正处于十字路口。尽管它是在近70年前提出的，并且经过了激烈的搜寻。科学家使用大型粒子对撞机、深地下探测器甚至太空仪器来搜寻它，但仍然不见踪影其踪迹。

但天文学家承诺他们会“千方百计”地搜寻它，他们开始向银河系撒下更大的网。这个想法是从天体物理物体中提取信息，这些天体可能在暗物质经过时曾目睹过它的大部分。科学家提出了一种新的方法，通过追踪银河系气体来实现这一点，这可能有助于告诉科学家暗物质是由什么组成的。

物理学家认为，暗物质有一种倾向，就是通过引力把自己结构成一个由光环和次卤素组成的层次结构。这些团块的质量属于一个光谱，质量较低的团块的数量预计会更多。它们的亮度有极限吗？这取决于暗物质粒子的性质。

温暖还是寒冷

暗物质不能被直接看到。我们知道它的存在是因为我们可以看到它对周围物质的引力效应。关于暗物质究竟是什么有不同的理论。标准模型表明它是冷的，这意味着它移动非常缓慢，只有通过重力与其他物质相互作用。这与它由被称为轴子或弱相互作用重粒子WIMPS的粒子组成是一致的。然而，另一种理论认为它是温暖的，意味着它以更高的速度移动。一个这样的候选粒子就是无菌中微子。

如果暗物质是冷的，一个银河系类型的星系可能有一个或两个重达1010个太阳的亚海王星，很可能有数百个质量约为108个太阳的亚海王星。如果暗物质是温暖的，那么比108个太阳还要轻的光环就不容易形成。因此，计算轻质量的暗晕可以告诉科学家一些关于暗物质本质的东西。

光环印记

研究团队相信，低质量光环的存在可以通过精心计划的观测来揭示。天文学家已经非常擅长暗物质光环的捉迷藏游戏，并设计了观测方法来检测它们留下的损害。

迄今为止，观测主要针对银河系恒星分布的变化。例如，大麦哲伦星云，一个围绕我们运行的较小星系，似乎有一个暗物质晕，它的质量足以引发一个巨大的尾迹，驱使恒星从广阔的区域一致运动。

一些被认为在银河系内部呼啸而过的较小的暗物质晕可能偶尔会穿透大的恒星特征，比如球状星团（球状星团），在其中留下可以说明问题的缝隙。暗物质晕也可以影响光在天体物理物体周围弯曲的方式，这个过程被称为引力透镜效应。

但恒星分布中留下的信号很弱，容易与恒星自身的运动相混淆。另一种探测光环效应的方法是观察它影响的星系气体。星系中有大量的热气体，这些气体一直延伸到星系边缘，为捕捉这些暗物质晕提供了一个广阔的网络。

通过分析计算和计算机模拟的结合，科学家已经证明了重108个太阳质量的暗晕可以压缩它们运动所通过的热气体。这将在气体密度上产生局部峰值，X射线望远镜可以捕捉到这些峰值。据预测，这将是很小的，只有百分之几，但它们将在即将到来的Lynx和雅典娜望远镜的范围内。

研究小组的模型还预测，较冷的星系气体的密度峰值将更加显著。这意味着较冷的气体可以比热气体更灵敏地记录暗物质晕的通过。

另一种观察暗物质引起的气体波动的方法是通过来自宇宙微波背景的光子（光粒子），它是大爆炸后留下的光。这种光以科学家可以探测到的方式散射热气中高能电子，为其他研究提供了补充方法。

在接下来的几年里，这种新方法可以用来测试暗物质的模型。不管108个太阳质量以下的暗物质晕是否在预测的模型中被发现，研究小组都会学到一些有用的东西。如果观测结果与模型匹配，标准宇宙模型将通过一个重要的测试。如果暗物质依然难觅踪迹，或远远少于预期，标准模式将被排除，研究小组将不得不找到一个更可行的替代方案。

暗物质仍然是个谜，但是要解决它还有大量的工作要做。无论答案来自地球上的仪器还是天体物理探测器，这无疑将是本世纪最重要的发现之一。

如同黑洞的发现，起初很多科学家并不认可黑洞理论，但当越来越多的观测发现它的存在时，科学界也正视了它存在这一事实，今年的诺贝尔物理学奖颁发给研究黑洞的科学家，就是权威科学界对黑洞正式认可的标志。期待未来几年，暗物质的研究也能有所突破，那届时相关研究团队的杰出代表，应该会拿到诺奖吧。