揭开暗物质的面纱
——HST和VLT认证：Macho为小而冷的恒星
译：
Jack
概要：
一队来自世界各地的天文学家近日来第一次地直接观测了暗物质。
NASA的哈勃太空望远镜（HST）和欧洲南方天文台地甚大望远镜（VLT）共同拍摄到了一个晕族大质量致密天体（Macho）微引力透镜的光谱和照片，这个微引力透镜是邻近的一颗矮星引起的，它将另外一个星系中一颗恒星的光聚焦了。
所以，认为暗物质的大部分是以小而暗的恒星存在于星系中的这个理论，得到了强有力的支持。
暗物质之谜
暗物质的性质，至今仍然是天体物理领域中一个不解的谜团。对星系团和大尺度的观测向我们表明：也许，宇宙中不过1/4的物质是我们平时所见到的原子和分子组成的。而在这些物质内，只有1/4的物质能够放出我们能够觉察到的辐射。所以，宇宙的大部分对我们来说是暗的，我们同样也不了解它的组成。
在过去的十年中，为了寻找暗物质的候选人，人们花费了不少的力气。一个可能就是，暗物质是由弱相互作用大质量亚粒子组成的，也就是平时所说的WIMP。另外一种可能就是，暗物质是由晕族大质量致密天体（Macho）组成的，例如已经死亡或者正在死亡的恒星（中子星或者冷的矮星）。各种黑洞和行星大小的石块、冰。
Macho
1986年，Bohdan Paczynski意识到，如果暗物质是以Macho形式存在的话，那么，我们就可以用它对远距离星光的引力作用来判断它的存在。
如果银河系中的一个Macho经过另外一个邻近星系中的背景星，那么，Macho的引力将使得背景星的星光弯曲，而后聚焦到我们的眼睛中。在这个过程中，Macho扮演了一个引力透镜的角色，当Macho通过背景星之前时，背景星的亮度将剧增。
而亮度增大的时间的长短，依赖于这颗Macho星体和我们之间的距离。亮度增大的方式和持续时间，也就是光度曲线，我们可以通过理论来预言，而且，这些也是寻找暗物质的一个重要的信号。
相对于星系团这些大的引力透镜来说，Macho所形成的引力透镜要小的多，所以，我们称之为“微引力透镜”。其实，ESO曾经多次接受这样观测微引力透镜的任务，比如，对我们银河系中一颗恒星星光的研究。
Macho计划
1991年，美国Lawrence Livermore国家实验室——也就是美国的粒子天体物理研究中心和澳大利亚国立大学的天文学家们就开创了这个计划。这些天文学家花了整整8年的时间来监视大麦哲伦星云中超过一千万颗恒星的亮度。
1993年，他们第一次发现了引力透镜的现象，至今，在大麦云的方向上，他们已经报道了近20次的引力透镜现象，这个结果说明，在银河系的内部和周边地区，有不少的Macho物体，而且，这些物体可能包含多达50%的暗物质。
哈勃拍摄到了Macho的照片（图一）
这张图片时HST的WFPC2（宽视场行星照相机2号）在V、R和T波段经过三次曝光而排设成的（这三个波段分别视蓝、绿和红色的光）。这就是暗物质的第一张照片——一个Macho。它是一个红色的天体，图中已经用了箭头表示出了，而且非常接近右上方一颗蓝色的背景星。这个Macho实际上是一个距离我们十分近的红矮星，它将另一个星系中的一颗恒星的光汇聚，所以我们叫它为“透镜”。由于观测到的引力透镜是在6年以前，所以，这个Macho已经在天空中运行了0.134角秒，所以，在哈勃的图片中，我们可以看出，背景星和这个Macho已经分开了。
为了更深入的研究引力透镜的现象，这个小组使用哈勃太空望远镜来拍摄受引力透镜作用的恒星的照片。
我们可以看见，图片中，有一个暗红色的星体，靠近大麦云中的一颗蓝色的恒星，它们之间的距离不超过1角秒。
这张图片是哈勃在那次引力透镜现象发生之后拍摄的。当时这个现象持续了100天左右的时间。这颗红矮星的亮度、运祥方向和与大麦云中那颗恒星之间的距离，完全符合6年前计算出来的光度曲线。
这也表明，这个Macho是一个暗的矮星，距离我们约600光年，它的质量约是太阳的5%～10%。
VLT有关它们的光谱（图片2）
图二向大家展示了图一中两个相互靠的很近的天体的光复合而成的光谱。这张光谱，是8.2米的VLT望远镜的一台多制式仪器弄下来的。这台仪器经过4次曝光，每次曝光的时间是1500秒，最后才得到了这张光谱。在这张图片中，我们可以看见，金属和强碱的共振谱线，特别是钠（Na），这表明，这颗肯定是较冷的星体。而碲（Te）分子，则是地球大气的标志。
为了进一步认证这些发现，这个队伍向ESO申请了进一步观测的权力。ESO立刻同意了这个计划。虽然，分开这两个星体的光谱是十分不容易的，但是，这个综合的光谱还是向我们说明了一切。在红光区，可以看到十分明显的吸收线，说明这是一颗M型的矮星。除了这个光谱，在上面，我们还可以看见一颗典型的蓝色主序星的光谱。
暗物质的性质
Macho计划中的微引力透镜的光度曲线、哈勃光分辨率的照片，也是和Macho计划中的暗物质的第一次“交锋”。国际著名的《自然》杂志为这些天文学家们记下了一笔。
HST和VLT使得天文学家研究这个Macho变成可能：它的质量，它与我们之间的距离，还有它的速度。这个结果，强有力的支持了，认为银河系内和周边地区的大部分“平常”的暗物质是以Macho形式存在的这一论题。因此，暗物质实际上并没有我们想象的那么暗。
在以后对Macho的研究中，可能会描绘下这一类暗物质，也会解释在星系形成的过程中，他们所扮演的角色。方然，在此过程中，我们也会逐步了解暗物质的秘密，也会向宇宙质量之谜的结果迈开一大步。
译自 欧洲南方天文台
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