暗物质模型助解密类星体 台大天文团队研究登国际期刊
台湾大学天文团队提出极轻暗物质模型，为类星体(quasar)谜团提供重要的线索，有助于解释类星体的形成。上述研究发表12月22日国际著名《物理评论快报》期刊。
类星体是诞生在宇宙早期、亮度极高的天体，科学家一般相信，这么高的亮度是源自于大量气体被吸入星系核心的黑洞时，所释放出的巨大能量。目前观测到最早的类星体出现在宇宙初期约4000万年，这仅是目前宇宙年龄的1/30。如何在这么短的时间产生巨大质量的黑洞？这仍是一个近代天文物理学中重大的谜。
台大天文所教授阙志鸿领导的研究团队，利用论文第一作者、物理所博士后研究员薛熙于所开发的超高速、超高解析度电脑模拟，发现每个星系的中心均有一个超高密度的核心，谓之孤立子(soliton)。
▲极轻暗物质电脑模拟中的暗物质晕(dark matter halo)，孤立子位为中心高密度的红色区域。(图／台大天文所提供)
该重要发现有助于解释类星体的形成。因为孤立子的质量可重达太阳的数十亿倍，能有效的吸引周围气体，聚集在星系核心约几百光年的距离，帮助气体落入黑洞的引力范围，最终被黑洞吞噬。在被吞噬前，挣扎的气体温度会增高，如同炙热的灯泡发出强光，造成类星体的现象。
▲孤立子和星系的质量关系。黑色虚线为理论预测，资料点为电脑模拟结果，z是宇宙红位移。(图／台大天文所提供)
团队指出，此论文的主要成果，是发现孤立子的质量与星系的质量和年龄有紧密的相关性。星系愈重，其中心的孤立子就愈重；宇宙愈早期的星系，其孤立子也愈重。因此，早期星系中心的重孤立子能迅速吸引大量气体喂食黑洞，足以解释类星体的形成。
不但如此，星系核心孤立子也能帮助宇宙晚期活跃星系核(active galactic nucleus)的形成。团队说，其实早期的类星体和晚期的活跃星系核是类似现象，差别主要在发光的强度不同。类星体需大量的气体被吞噬才能发出超强的光，反之活跃星系核只需较少的气体。这和极轻暗物质的预测符合；早期星系才有大质量的孤立子，而晚期星系的孤立子质量相对小，因此吸引数量不同的气体，造成发光强度不一的星系核。
▲阙志鸿教授(前排左)、黄伟彦教授(前排右)及黄承光博士(后排左)、薛熙于博士(中)、胡德邦博士。(图／台大天文所提供)
阙志鸿表示，位于星系中心的黑洞，需喂食气体才能成长，所以极轻暗物质极可能是超重黑洞成长的要素。目前的成果，只是往这个研究方向迈进的一小步，未来的研究工作若更进一步找到极轻暗物质和超重黑洞关联的直接证据，就能把极轻暗物质的新概念推向新里程碑。