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2016年4月,一个由多个研究所组成的研究小组,包括日本国立天文台和东京大学,根据在斯巴鲁望远镜上获得的影像资料,发布了一幅前所未有的宽而精确的暗物质分布图。暗物质分布由弱引力透镜技术确定(见图3.8)。研究小组找到暗物质光环的位置和透镜信号,有迹象表明光环的数量可能与最简单的宇宙模型所暗示的不一致。
图3.8 二维暗物质图
暗物质集中在稠密的团块中,可以识别大量的暗物质晕,图中显示的面积约为30平方度(此次共观测到160平方度)。这只是最终计划分布图的11%,但这已经是空前的宽度,从未有过如此清晰的暗物质分布图覆盖如此广阔的区域。影像学观察是通过五个不同的滤色器进行的。通过将这些颜色数据结合起来,可以粗略地估计到微弱的背景星系的距离。与此同时,透镜在距离遥远星系和观测者之间的位置时,透镜效应最为显著。
日本国立天文台的一个研究小组对美国夏威夷岛“昴”望远镜拍摄的星系团图像进行分析后确认,暗物质在星系团中呈扁平状分布。根据传统理论,在由约1000个星系组成的银河系里存在着大量暗物质,但是这些暗物质并没有均匀分布,基本上哪里有可见物质(星系)哪里就有暗物质。
通过暗物质分布图的大量分析结果表明,暗物质并不像预期的那样呈块状分布,其密度梯度没有出现严重的突变,而是以更广阔、更平滑的方式分布。
图3.9暗物质晕的位置
图3.9为通过微弱的引力透镜技术探测到暗物质晕位置的Hyper Suprime-Cam图像,这个光环如此巨大,以至于一些背景星系围绕着光环的中心展开。利用这种分组的星系样本,通过层析成像方法,获得暗物质三维分布。
总之,从小尺度上看,暗物质分布处处不同,是成团分布的。在引力作用下,暗物质之间相互吸引并聚集成团,形成包裹星系和星系团的大大小小的暗物质晕。从极大尺度上看,宇宙不同地方的暗物质结构的统计性质几乎一样,是均匀各向同性的。作为宇宙大尺度结构的基本单元,暗物质晕的基本特征成为深入研究宇宙和星系的前提。暗物质晕集聚的引力场也持续吸引着周围的暗物质,维持着暗物质晕的不断增长。暗物质并不像预期的那样呈块状分布,其密度梯度没有出现严重突变,而是以更广阔、更平滑的方式分布。这些特征导致暗物质晕同周围环境暗物质并没有清晰边界。暗物质由于引力作用而聚集在星系周围,由于斥力作用而散布于整个宇宙,且存在一定密度梯度。暗物质的密度梯度与引力场有着密切关系,暗物质晕的引力场也成了星系的孵化场,并主导着星体、星系、星系团、超大星系团,甚至整个宇宙的演化过程。
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