出品：川陀太空
制作：香港中文大学天体物理学张博士
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川陀太空讯   11月10日，在学术论文预印本网站arXiv上，来自英国杜伦大学的学者们仔细检查了Abell 2744 这个为人所熟知的星系团，结果发现冷暗物质模型在解释星系团的结构上，出现了一些明显的偏差。这次之所以引起注意，是因为之前的观测普遍认为，冷暗物质模型预言的卫星星系是比观测过多了，而在Abell 2744中，似乎又过少了？这一观测结果应该说，令人大吃一惊。那我们不妨看一看，到底是怎么回事。
冷暗物质模型，是认为宇宙中有四分之一左右的能量来自于我们看不见摸不着的未知物质，也就称为暗物质。

▲来自英国杜伦大学的学者们仔细检查了Abell 2744 这个为人所熟知的星系团，结果发现冷暗物质模型在解释星系团的结构上，出现了一些明显的偏差。图片来源：哈勃官网
我们日常生活中可以接触到，看到，摸到的物质只占宇宙的百分之五，而剩下的百分之七十由所谓的暗能量占据。暗物质在宇宙过去的历史当中，所占的比重更高，甚至可达百分之九十以上，因此它的引力效应是影响宇宙的物质结构形成的最重要因素。一般认为，暗物质应该是一种质量非常大的粒子，因此其热运动的速度应该很低，所以称之为冷暗物质。
在对于宇宙微波背景辐射，星系的分布等诸多方面，这种模型都取得了很大的成功。因此，冷暗物质加上暗能量的宇宙学模型，就成为了现代宇宙学的标准模型的一部分。

▲从大爆炸发生那一瞬间，暗物质的角色就已经敲定了。图片来源：nasa.gov
然而冷暗物质模型仍然有一些不尽如人意的地方，主要的问题出现在一个星系的尺度上，这个尺度比起宇宙整体的物质分布来说，非常小了，所以我们称为冷暗物质模型的“小尺度危机”。在这个“小尺度危机”中，最为人所熟知的问题就是卫星星系缺失问题。
那这个卫星星系又是什么呢？当年费南多·德·麦哲伦进行首次环球航行的时候，就看到天边悬挂着两个一大一小的星云，虽然并非他首次发现，然而后世的人们还是讲这两个星云分别叫做，大、小麦哲伦星云。

▲基于冷暗物质模型的宇宙学模拟，在类似于银河系这样的星系周围，却发现了成百上千个卫星星系   图片来源：nasa.gov
这两个星云就是围绕着我们银河系运动的两个卫星星系。一般来说，星系也是形成一个个集团的，其中最大的最亮的星系可能被我们所记录下来，而相对比较暗淡的，比较难以观测，可以看作是这个集团当中的“卫星星系”了。
现代观测技术不断发展，我们已经能够辨识出，银河系周围其实有几十个甚至更多的卫星星系，然而令人感到困惑的是，高精度的，基于冷暗物质模型的宇宙学模拟，在类似于银河系这样的星系周围，却发现了成百上千个卫星星系。如此大的差别，让人们对于冷暗物质模型提出了一些疑问。卫星星系的缺失问题，一直在困扰着天文学家们。

▲科学家找到的一共8个星系质量都比银河系大的多，而这种类似的星系团，他们在一个大规模的宇宙学模拟当中居然一个都没有找到  图片来源：AAS Nova
而如今，当这些杜伦大学的学者将哈勃望远镜对准比银河系大的多的Abell2744星系团。由于星系团质量很大，它强大的引力甚至可以将光线传播的路径弯曲，在它背后发光的星系在我们看来影像就会发生形变甚至出现多个影像，好像经过了一个透镜一样。
利用这种引力透镜效应，他们就可以准确获知作为透镜的Abell2744星系团的质量以及它的各个卫星星系的质量。令人惊奇的是，找到的一共8个星系质量都比银河系大的多，而这种类似的星系团，他们在一个大规模的宇宙学模拟当中居然一个都没有找到。

这就令人费解了，究竟冷暗物质模型是预言了太多的卫星星系呢还是太少的卫星星系呢？这对于冷暗物质模型又提出了很大的挑战。
我们对于暗物质的本质仍然一无所知，在星系尺度上冷暗物质模型又屡屡受挫，暗物质究竟是什么性质，我们有希望能够探测到它们吗？

▲利用这种引力透镜效应，他们就可以准确获知作为透镜的Abell2744星系团的质量以及它的各个卫星星系的质量  图片来源：nasa.gov
这个谜团恐怕还将困扰我们多年，当观测与模型的矛盾越来越多，我们需要做的就是，建造更好的望远镜，提出更符合实际的理论模型并且不断修正，而总有一天，当这些问题得到解决的时候，我们人类的科学将会跨入一个新的纪元。

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