馬爾庫斯·伍+譯+晨飛

太空是一個狂暴的地方：小行星和彗星撞擊行星，恒星發(fā)生爆炸或者被黑洞撕裂。

但是，從規(guī)模來看，也許沒有什么能比星系團之間的碰撞更為猛烈的了。

宇宙中的這些團塊通常都包含幾百個星系，每個星系都有數(shù)十億至數(shù)萬億顆恒星，是引力將它們捆綁在一起。當一個星系團距離另一個星系團很近時，兩個星系團間的引力會猛烈地將它們拉到一起。隨之發(fā)生的碰撞是巨大的，會產(chǎn)生比大爆炸以來任何其他事件都要多的能量。

最大以及最著名的一個實例就是子彈星系團大碰撞，碰撞涉及兩個星系團，總共1000多個星系。這次撞擊非常強烈，形成了巨大的子彈形沖擊波，因而得名。

子彈呈系團

撞擊的殘跡的確給人以深刻的印象。但是，天文學家并非只是圍觀看熱鬧。他們發(fā)現(xiàn)，這次撞擊揭示了看不見的東西：暗物質(zhì)。

人們認為暗物質(zhì)是將星系團結(jié)合在一起的“膠”，是它形成了整個宇宙中恒星、氣體和星系的引力基礎。

多虧了子彈星系團大碰撞，科學家得以看清楚這種神秘的東西。這次碰撞暴露了暗物質(zhì)，將其與恒星和氣體等常規(guī)物質(zhì)分開，給我們提供了一條暗物質(zhì)真正存在的直接證據(jù)。

美國加利福尼亞大學戴維斯分校的天體物理學家馬魯薩·布拉達克說：“在宇宙中，這是我的最愛?！?/p>

這并不僅僅因為它告訴了科學家有暗物質(zhì)存在。該星系團是一個萬能的工具，可以幫助研究人員研究曾經(jīng)存在的最早的星系。它也是一個宇宙實驗室，通過它，物理學家能夠研究被稱為等離子體的帶電熱氣的基本行為。

子彈星系團位于南方星空，距離地球37億光年，是由兩個星系團以大約每小時1000萬千米的高速撞擊形成。雖然按人類的標準來看這的確很快，卻仍沒有打破宇宙中的任何紀錄（有些恒星的運行速度更快）。但由于它們的體積龐大，這次碰撞非常有力。

發(fā)生碰撞的兩個星系團，一個的質(zhì)量是太陽的1000萬億倍，另一個的質(zhì)量是太陽的100萬億倍。這樣的兩個重量級選手相互撞擊，組成它們的熱氣升溫至2億攝氏度，這就形成了子彈星系團這個已知的最熱的星系團。

我們就像觀眾一樣，坐在它們的旁邊觀看研究人員估計，這次撞擊的總能量大約是1022焦耳，這顯然是一個讓人感到荒謬的能量。它相當于6萬億個太陽自宇宙誕生以來（約138億年）燃燒產(chǎn)生的所有能量。

整個撞擊無論從時間還是空間來說都是超級巨大的。今天我們看到的碰撞實際上已經(jīng)持續(xù)了1.5億年，仍需20億年才能塵埃落定。它讓天文學家能夠得到碰撞發(fā)生過程中史無前例的一瞥。

雖然子彈星系團的巨大質(zhì)量和能量肯定使其與眾不同，但是更為獨特的是它的方向。碰巧的是，這次碰撞與我們的視線正好垂直。美國芝加哥大學天體物理學家安德雷·克拉夫佐夫說：“我們就像觀眾一樣，坐在它們的旁邊觀看。”

天文學家坐在最佳位置，可以對該碰撞展開更為精確的觀測。

經(jīng)過兩年的跟蹤觀測后，2006 年，布拉達克和美國俄亥俄大學的道格拉斯·克勞伊牽頭的一個天文學家小組對哈勃空間望遠鏡和錢德拉X射線天文臺獲得的新數(shù)據(jù)進行了分析，對星系團中的正常物質(zhì)進行了定位。

星系團中的絕大多數(shù)正常物質(zhì)由氣體構(gòu)成。因為該星系團巨大，其引力對氣體分子作用很強，可加快其速度，使其發(fā)熱，因而放射X射線。碰撞的星系團使氣體進一步升溫，產(chǎn)生更多的X射線。這意味著X射線能夠向天文學家揭示大多數(shù)正常物質(zhì)在星系團中的位置。

天文學家首次探測到暗物質(zhì)

然后，利用哈勃空間望遠鏡的數(shù)據(jù)，研究人員就能夠繪制星系團質(zhì)量的方位。無論是正常物質(zhì)還是暗物質(zhì)，只要它有質(zhì)量，就有引力，它的引力就能夠使背景中的星系發(fā)出的光彎曲。質(zhì)量越大，透鏡的功能就越強，光就會被更多地翹曲。

把這些觀測結(jié)果放在一起，天文學家發(fā)現(xiàn)子彈星系團大約80%的質(zhì)量集中在一個區(qū)域，但這個區(qū)域無論是X射線還是其他什么類型的光都不是最強的。如果這一大塊質(zhì)量不是氣體，那么它一定是暗物質(zhì)。

通常，像氣體和恒星這樣的正常物體鑲嵌在暗物質(zhì)巨大的光環(huán)之中，引力將其結(jié)合到一起。但是，像形成子彈星系團那樣的碰撞可以把它們撕開。

當兩個星系團相撞時，它們的氣云相撞并相互降低對方的速度?？墒?，暗物質(zhì)幾乎不與任何物質(zhì)相互作用，只是天馬行空，所以在星系團相撞后，它們會像鬼魂一樣穿越對方，身后留下氣體。天文學家碰巧捕捉到了處于碰撞中期的子彈星系團，他們的測量抓住了暗物質(zhì)開始甩開氣體的那一瞬間，所以首次探測到了獨處的暗物質(zhì)。

我們觀測到的質(zhì)量的特性顯然不像已知的地球上的任何東西暗物質(zhì)這個概念并不新鮮。從20世紀30年代開始，科學家就提出了其存在的假說。

雖然多數(shù)人認為它真的存在，但是所有的證據(jù)都是間接的。例如，有些星系旋轉(zhuǎn)速度很快，所以應當會飛離。像暗物質(zhì)這樣的東西一定是緊隨恒星，把星系捆綁在一起。然而，沒有直接證據(jù)，那么這種東西是否真的存在就不那么確定了。

有些研究人員暗示，解釋那些令人好奇的現(xiàn)象無須用一種神秘的物質(zhì)。他們說，也許是引力定律錯了，引力在大尺度上的表現(xiàn)會不同。如果對引力定律加以修改，就能解釋暗物質(zhì)的怪異現(xiàn)象。

布拉達克說：“可是我們在子彈星系團大碰撞中觀測到的質(zhì)量的特性很顯然不像已知的地球上的任何東西?！蹦切┙?jīng)過改進的引力理論不能解釋為什么最大質(zhì)量不在氣體最多的地方?！耙驗轱@然不在一起，修改引力定律的所有理論基本上都被排除了”。

有些人仍然認為，有一種未知的中微子能構(gòu)成子彈星系團中看不見的質(zhì)量。但是，這仍然是少數(shù)人的觀點?？死蜃舴蛘f：“天文學界大多相信，這是有關暗物質(zhì)的最強有力的證據(jù)?！?

但是，僅僅知道暗物質(zhì)存在還不夠，科學家想知道暗物質(zhì)是什么。他們假設暗物質(zhì)一定是由全然未知的某種或某類粒子構(gòu)成，不與正常粒子相互影響或產(chǎn)生任何射線，以此解釋它們?yōu)槭裁茨敲措y于辨識。事實上，多數(shù)受人歡迎的理論認為，這些暗物質(zhì)粒子之間也不發(fā)生相互作用。

研究人員仍需要探測到這類粒子的存在。他們說，暗物質(zhì)粒子也許能夠發(fā)生自我作用，像臺球一樣碰撞并相互彈跳。

我們可以給暗物質(zhì)的特性確定一個數(shù)字如果暗物質(zhì)自身相互作用，這種作用力有多強？確定暗物質(zhì)是否相互作用的一個方法就是粒子碰撞。在暗物質(zhì)粒子碰撞時，是干脆相互穿越，還是發(fā)生彈跳？

科學家很幸運，他們無須費事建立暗物質(zhì)粒子對撞機，因為那些碰撞正在子彈星系團中自然發(fā)生。這兩個正在融合的星系團被鑲嵌在暗物質(zhì)的光環(huán)中，因此當星系團對撞時，暗物質(zhì)也對撞。

截至目前的觀測表明，在子彈星系團中，暗物質(zhì)自身似乎不大相互作用。但這并不一定意味著暗物質(zhì)不會發(fā)生相互作用，而是相互作用的力度有限。布拉達克說，因為明顯觀察到碰撞的發(fā)生，而且也得到了很好的界定，子彈星系團提供了一些最佳數(shù)據(jù)，“我們實際上可以給暗物質(zhì)的特性確定一個數(shù)字。以前從來沒有真正這樣做過”。隨著研究人員繼續(xù)改進他們的子彈星系團計算機模擬，我們能夠更詳細地算出目前發(fā)生的情況，甚至更好地測量暗物質(zhì)的特性。

當然，這仍然需要其他數(shù)據(jù)。布拉達克參與了基地設在美國的研究小組，研究其他 25個星系團的碰撞。他們希望能夠確切知道暗物質(zhì)自身是否相互作用。

這是我們看到的為數(shù)不多的、明顯的宇宙沖擊案例之一雖然暗物質(zhì)使子彈星系團聞名于世，但事情并非僅此而已。實際上，布拉達克越過了該星系團，探測的是它后面的星系。

這個星系團非常巨大，其引力使背景星系釋放的光彎曲。這種引力透鏡效應將子彈星系團變成了一面巨型放大鏡，讓天文學家更清楚地看到背景星系。

那些遙遠的背景星系很重要，因為它們是宇宙最早形成的一部分。子彈星系團讓人們瞥見年輕的宇宙以及星系如何形成。

至于子彈星系團本身，物理學家正借助它來理解被稱為等離子體的荷電熱氣的基本表現(xiàn)。它是兩個星系團產(chǎn)生巨大沖擊波的一個獨特實例?？死蜃舴蛘f：“這是我們看到的為數(shù)不多的、明顯的宇宙沖擊案例之一。”

太陽系也有這樣的碰撞發(fā)生。太陽噴射出帶電粒子，被稱為太陽風。這些粒子撞擊地球的磁氣圈（地球磁場形成的保護性氣泡）時，就會產(chǎn)生碰撞。

今后的若干年里，通過這些工具會發(fā)現(xiàn)幾萬個星系團與一個星系團相比，太陽系的等離子體密度更大，而且還有強大的磁場。但是，盡管存在這樣的差異，研究子彈星

系團中的等離子體仍有助于認識太陽系及其他空間的等離子體。

顯然，子彈星系團極其有用?？死蜃舴蛘f，這樣的星系團相對稀罕，如此巨大的星系團只會在其整個生命中體驗到一兩次巨大的碰撞。

現(xiàn)在，天文學家正在通過位于智利的兩臺望遠鏡——布蘭科望遠鏡上的暗能相機和阿塔卡馬宇宙望遠鏡——掃視天空，來搜尋更多的星系團。通過這些觀察，他們將找到更多、更大的星系團（據(jù)估計，宇宙中可能有幾十萬個質(zhì)量超過太陽1萬億倍的星系團）。

當然，在此之前，子彈星系團仍然獨一無二。