研究人员利用ALMA探测到了比大质量星系更小尺度上的暗物质分布。这项具有里程碑意义的观测发现了暗物质在3万光年尺度上的波动，支持了冷暗物质模型，并提供了对宇宙结构的重要见解。突破性观测揭示了星系尺度以下的暗物质波动，肯定了冷暗物质理论，并提供了有关宇宙组成的新见解。

神代大学（日本大阪）的井上海纪太郎教授领导的 研究小组利用位于智利共和国的世界上最强大的射电干涉仪--阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），发现了宇宙中暗物质分布的波动，其尺度小于大质量星系。

这是首次在 3 万光年的尺度上探测到远宇宙中暗物质的空间波动。这一结果表明，即使在比大质量星系更小的尺度上，冷暗物质也会存在，这也是朝着了解暗物质真正性质迈出的重要一步。文章将发表在《天体物理学报》上。

暗物质波动透镜系统 MG J0414+0534 探测到的暗物质波动。较亮的橙色表示暗物质密度较高的区域，较暗的橙色表示暗物质密度较低的区域。白色和蓝色代表 ALMA 观测到的引力透镜天体。资料来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K.T. Inoue et al.

暗物质是一种不可见的物质，占宇宙质量的很大一部分，被认为在恒星和星系等结构的形成过程中发挥了重要作用。由于暗物质不是均匀地分布在空间中，而是呈团块状分布，它的引力会轻微改变来自遥远光源的光（包括无线电波）的路径。对这种效应（引力透镜）的观测表明，暗物质与相对大质量的星系和星系团有关，但它在较小尺度上的分布情况尚不清楚。

研究小组决定利用 ALMA 观测一个距离地球 110 亿光年的天体。这个天体是一颗透镜类星体MG J0414+0534[4]（以下简称"这颗类星体"）。

由于前景星系的引力透镜效应，这个类星体看起来是四重图像。然而，这些表观图像的位置和形状都偏离了仅仅根据前景星系的引力透镜效应计算得出的结果，这表明在比大质量星系更小的尺度上暗物质分布的引力透镜效应在起作用。

引力透镜系统 MG J0414+0534 的概念图。图像中心的物体表示透镜星系。橙色表示星系际空间中的暗物质，淡黄色表示透镜星系中的暗物质。图片来源：NAOJ, K. T. Inoue

研究发现，即使在远低于宇宙尺度（数百亿光年）的约3万光年尺度上，暗物质密度也存在空间波动。这一结果与冷暗物质的理论预言一致，即暗物质团块不仅存在于星系内部（图 2 中的淡黄色），也存在于星系际空间（图 2 中的橙色）。

这项研究中发现的暗物质团块所产生的引力透镜效应非常小，以至于很难单独探测到它们。然而，由于前景星系引起的引力透镜效应和ALMA的高分辨率，我们首次探测到了这种效应。因此，这项研究是验证暗物质理论和阐明其真实性质的重要一步。

这项研究发表在 K.T. Inoue 等人在《天体物理学报》上发表的论文"ALMA Measurement of 10 kpc-scale Lensing Power Spectra toward the Lensed Quasar MG J0414+0534"中。