分析愛因斯坦環，發現波狀暗物質行為更像波而非粒子

暗物質是天文學最大謎團之一，目前以大質量弱相互作用粒子與軸子為主要候選者，而後者預測行為類似波動。最近天文學家研究了遙遠類星體受重力透鏡效應影響時，產生的愛因斯坦環亮度波動之原因，發現波狀暗物質能導致這種觀察結果。

暗物質因不可見而得名，我們知道暗物質的存在是因引力效應可在大尺度結構觀察到，比如星系運動與周圍光線扭曲，很明顯當地物質比我們看見還多。

目前暗物質有幾個主要候選者，一為弱相互作用大質量粒子（WIMP），具質量、表現得像離散粒子，與普通物質不會相互作用。另一個候選者為軸子（Axion），比 WIMP 小得多，且由於量子干涉，表現行為更像波而非粒子。

一般來說很難區分這兩種可能的暗物質，但現在重力透鏡效應周圍彎曲的光線提供線索。

當遙遠光源經過一個巨大物體（星系、星團等）時，光線會因後者重力場而「彎曲」，從我們的角度看去，被彎曲的光線會在物體周圍形成近乎完美的環，使我們看見原本可能看不見的東西，而愛因斯坦環（Einstein Ring）就是光被重力場扭曲的產物，研究光環如何扭曲，天文學家可分析圍繞重力場的暗物質暈特性。

香港大學 Alfred Amruth 團隊便研究幾個與重力透鏡有關的系統，並特別關注名為 HS 0810+2554 的類星體，試圖理解遠方光源經過前方重力場時，產生亮度波動的原因。

研究人員發現，WIMP 模型很難再現背景類星體的亮度波動，但軸子模型結果發現愛因斯坦環的邊緣更混亂，能再現 HS 0180+2554 類星體的亮度波動，表明軸子更可能是暗物質候選者。

雖然這項研究沒有終結暗物質真實身分的辯論，但確實為測試與實驗開闢另一條途徑，未來的重力透鏡觀測或許能注重於探測軸子的波狀性質，並嘗試測量它們的質量。

新論文發表於《自然天文學》期刊。

• New look at ‘Einstein rings’ around distant galaxies just got us closer to solving the dark matter debate
• Astrophysicists Spot Einstein Rings That Boost Case for Axionic Dark Matter
• The hunt for dark matter continues — now axions are leading candidates

（首圖來源：NASA）