英科学家发现宇宙暗物质星系
sjw

　　英国剑桥天文研究所的一个研究小组发现了一种宇宙中的暗星系，这种星系完全由暗物质组成，里面没有发光的恒星和气体。据认为，暗星系的发现，或许反映了宇宙中黑暗的一面。

　　该研究小组是通过暗星系的引力场发现其存在的。他们在观测中发现，一个称为UGC10214星系中的一些物质好像被另一个星系的引力吸出来一样，但该星系周围显然看不到任何别的星系，这些物质只是流向虚无的太空。为此科学家断定，该星系的旁边存在着一个暗星系，这些物质流是在暗星系的作用下形成的。

　　该研究小组认为，宇宙中暗星系的数量，可能超过可见星系的数量，其比例大约为100比1。大量证据表明，可见星系中含有许多暗物质。一个星系中暗物质的质量，通常为该星系中所有恒星质量的10倍。科学家称，有些星系中的恒星很少，如果没有暗物质的引力维系，它们早就扩散到太空中去了。

　　参与此项研究的尼尔·特伦特姆博士称，寻找暗物质是一种艰巨的挑战，成功与否主要取决于暗物质的特性，而对于这一点，人们目前还知之甚少。他说，如果暗物质完全是由基本粒子组成的，暗星系应可以起引力透镜的作用，使其后面遥远星系的形象产生变形。如其中含有白矮星和黑洞等死亡的恒星，也会产生同样的效果。如其中含有介于恒星和行星之间的褐矮星，则应可以探测到它们发出的红外辐射。寻找暗星系的另一种方法，是观察在其引力作用下从其它星系中扩散出的物质，就像这次发现一样。

　　据悉，此项研究的有关内容将在新一期的皇家天文学会月刊上发表。

银河系中心的暗物质晕圈
《科学此刻》 2001年3月22日

几十年来，天文学家们一直都在努力寻找超引力之源，在这种引力的作用下，星星和大气在银河系的边缘旋转。现在，一个研究小组声称他们至少已识别出银河系3%的暗物质，可能还更多。

这种看不见的推动者是许多高速旋转的白矮星，它们可能组成了银河系中高达1/3的暗物质。银河系中的绝大部份物质是观测不到的。天文学家们从下面的这些事实推测出令人惊异的结论：银河中高速旋转的、相对年轻的恒星位于老恒星和气体所组成的广袤的球形晕圈之中。它们的引力合起来使得星系得以存在，并且让星星像风车一样地不停旋转。如果暗物质都集中在银河中心的话，那么离开银河中心太远，引力会变得很弱，恒星的旋转就会减慢。但是实际情况并非如此。最合理的解释应该是：银河系中大约90%的物质是由观测不到的物质组成的，它们分散在整个晕圈，这些物质被称为暗物质。

其中最值得怀疑的暗物质星体是又冷、又暗、质量只有太阳一半的白矮星。它们有恰当的质量、高速运动，可能代表了所有失踪的物质。天文学家们没有找到足够的白矮星，从而证明它们就是所有的暗物质。其原因是他们发现他们一直在错误的的波段上寻找这些恒星。新的理论模型表明白矮星中的氢元素应该发射出蓝色光，而不是天文学家们曾经以为的红色光。受到这一认识的启发，美国加州大学伯克利分校的天文学家Ben R. Oppenheimer领导的一个研究小组检查了覆盖12%天区的２００张数字图像。他们发现其中有１２６个快速运行的暗天体，他们还利用智利Cerro Tololo inter-American天文观察台直径为４米的望远镜跟对这些天体跟踪了４个夜晚。最后，他们新发现了３８个围绕银河晕圈旋转的冷白矮星。将银河晕圈的体积乘上新发现的冷白矮星的密度， Oppenheimer研究小组保守地估计，白矮星至少组成了3%的银河系暗物质。他们在３月２３日出版的《科学》杂志上报道了这一发现。

天文学家们说，这些白矮星只是暗物质的一部分：一些新近发现的白矮星可能不在晕圈里，它们只是正穿过晕圈而已。目前几个白矮星探测的研究小组正在探测距晕圈的更深入的部分，也许一年或二年后就会给出更明确的答案。加拿大的不列颠哥伦比亚大学的天文学家Harvey Richer说:“我们的探索才刚刚起步，事情还没有完全展开。”

追踪宇宙冷暗物质

中意科学家找到初步证据
徐彬 海东

　　 宇宙中弥散着这样一种尚未被人类所认识的粒子，它能穿过人体几亿次而几乎不留下任何痕迹，如果这一发现属实，无疑是具有诺贝尔奖水平的。

　　宇宙是由各种物质组成的，有些我们看得见，有些我们看不见。宇宙中弥散着这样一种尚未被人类所认识的粒子，它是弱相互作用的，能穿过人体几亿次而几乎不留下任何痕迹，这种粒子就是冷暗物质粒子。由意大利和中国科学家组成的科研小组经过8年的攻关，最近公布了他们在位于阿尔卑斯山脉下一个岩层厚度达1000米的山洞里所做的实验结果：用100公斤放射性很低的碘化钠晶体阵列，经过600天的实验后，寻找到了这种粒子可能存在的初步证据，甚至还估计出这种粒子的质量大约是质子的50倍。

　　“一旦经过科学的重复证实这种弱作用粒子确实存在，将极大地支持超对称粒子模型和爆炸宇宙论。不管最终结果如何，这种新粒子对于粒子物理、天体物理及宇宙学的发展具有重大的科学意义，也会使人们对客观规律的认识大大向前推进一步。”在意中宇宙暗物质探测（DAMA）合作组中方首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员戴长江道出了这项实验的意义。美国南卡罗来纳大学物理学家弗兰克·阿维尼奥内则断言，如果这一发现属实，无疑是具有诺贝尔奖水平的。目前，美国、法国、日本、西班牙等国的科学家们也都在夜以继日地研究宇宙冷暗物质。

　　从原子物理到原子核物理，再到今天的粒子物理，物理学的日臻完善已经能够很好地解释诸多复杂的自然现象和物理规律。现在公认的宇宙学模型认为，宇宙大爆炸后经历了超高能、高能、低能过程，对应的物理规律也符合大统一、弱电统一和量子色动力学，宇宙大爆炸及其演化所产生的粒子则遵循这些规律。

　　然而，在宇宙中还可能存在着一些弱作用冷暗物质粒子，它们的形成及运动规律是现有粒子物理标准模型所不能解释的，于是科学家们又提出了超对称粒子物理模型。现代天文观测和爆炸宇宙论的研究表明，宇宙中的物质绝大多数是暗物质，而暗物质中大多数是由非重子冷暗物质粒子组成的，目前科学界普遍认为，这种冷暗物质粒子在宇宙中的含量超过20％。

　　据戴长江研究员介绍，现代的天文观测已获得宇宙中存在暗物质的初步证据，如宇宙螺旋星系中，星云旋转速度几乎不随星云盘径向的距离而改变，以及在星系空间气体辐射的X射线观测中发现的气体平均速度大于其逃逸速度等，但要确认暗物质的存在及特性，尚需进一步的观测数据及可靠证据。自1985年以来，宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点，其中对冷暗物质粒子———超对称粒子的观测研究是当今非加速器物理实验最热门的课题之一。

　　由于这种冷暗物质粒子具有弱作用的特性，因此要在实验室里记录和捕捉它极其困难。戴长江研究员介绍说，目前，科学界一般用两种方法来探测它。一是间接法，采用规模大、接收度高的地下大型中微子探测器或空间磁谱仪，通过探测正反超对称粒子湮灭所产生的次级粒子来确认，但此法由于中间过程多，待定参数也多，较难获得准确的观测结果；二是直接法，即直接探测超过对称粒子经过实验晶体阵列时留下的极其微弱的作用信号，此法由于超对称粒子与其它物质发生作用的概率很低，因此需要研制相当规模的高灵敏度的探测系统和开发相对应的实验技术与方法。

　　据了解，目前意中DAMA组已将用于记录超对称粒子弱作用的碘化钠晶体阵列由100公斤扩大到250公斤，仍由两国科学家合作，继续日夜不停地观测。我国已成立了由来自中国科学院高能物理研究所、清华大学、中国原子能研究院等9家单位的近30名专家组成的科研队伍，准备进一步观测研究，“如果进展顺利，估计5年内我们会拿出一个确切的结果来”。戴长江研究员说。