科学家在银河系内发现暗物质“子晕”。

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理论上，包裹着星系的暗物质“晕”是由大量“子晕”和“子子晕”组成的。

P. Madau / J. Diemand / M. Kuhlen

近日科学家通过辨别宇宙的精确自然时钟——脉冲星脉冲中的细微差异，在距离我们只有3260光年的地方，在天文学意义上仅“咫尺之遥”的银河系空间内，发现了一个看不见的巨无霸。

这个巨无霸位于银河系中心方向，略高于银道面，其质量相当于1000万个太阳，大部分质量集中在一个直径大约2600多光年的范围内。

在1月29日的《物理学评论快报》上，来自美国阿拉巴马大学亨茨维尔分校的Sukanya Chakrabarti等人认为，这个巨无霸是一个暗物质团块，且是一种科学家以前从未发现过的类型——“子晕”。

所谓暗物质，是一种不发光、不吸收也不反射电磁波的不可见物质。它占宇宙质能总和（物质+能量）的26.8%，是普通物质（原子、分子等）的5倍多，主导着宇宙大尺度结构的形成。人们目前仅能通过暗物质引力对周边宇宙的影响对此加以证实。因此也有人猜想，暗物质是来自另一个维度的引力渗透。

研究称，包括我们银河系在内的大部分星系，都“浸泡”在巨大的暗物质“晕（halo）”中。科学家推测这样的“晕”中还存在着无数被称为“子晕（subhalo）”的较小团块，但一直未能找到观测证据。现在，人们终于在距离太阳大约1000秒差距的地方，发现了一个。

暗物质“子晕”是在大质量暗物质晕内部，因引力约束而形成的较小尺度的暗物质结构。它们是在宇宙结构形成过程中，通过等级成团机制产生的次级暗物质团块，可能会呈现出“晕中晕”的层级结构。例如暗物质“晕”中有“子晕”，“子晕”中可能还会包含更小的“子子晕”等。“子晕”的质量跨度极大。最大的可达星系团级——太阳的10¹⁵倍；最小的可能比地球还小。“子晕”在宿主“晕”内呈准各向同性分布。

发现“子晕”的难度相当大。研究人员在此过程中利用了一种名为“脉冲星”的恒星残骸。脉冲星会以固定且极其精确的频率发射无线电波。当这些无线电波在穿越空间到达地球过程中，可能会受引力影响而发生变化。通过分析这种极为细微的变化，人们就能推算出哪里可能有暗物质存在。

在分析了总计53颗脉冲星传来的信号后，研究人员发现其中2颗相邻脉冲星发出的脉冲信号速率会发生细微的变化，暗示这些信号可能受到了某种大质量物体的引力影响。

研究人员将附近总计19颗脉冲星纳入了研究，发现该观测结果无法用受到恒星或气体云的影响来解释，因此最大的可能就是暗物质在作祟。

鉴于暗物质理论对暗物质“子晕”的分布特点有不同的预言，如果科学家能够绘制出银河系内所有暗物质“子晕”的分布图，那么暗物质的本质就呼之欲出了。而这，也正是研究人员接下来要努力的方向。

参考

Constraints on a dark matter subhalo near the sun from pulsar timing

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/29xz-nt5z