港大超級電腦揭宇宙暗物質組成　解答天體物理學20年不解之謎

香港大學物理學系林仁良博士團隊中的博士生Alfred AMRUTH領頭，與來自香港科技大學的諾貝爾物理學獎得主喬治．斯穆特，以及哈佛—史密松天體物理中心的Razieh EMAMI博士合作研究，運用了港大超級電腦系統，發現佔據了宇宙質量85%的暗物質並非由大質量粒子組成，而是由能像波一樣穿梭於太空之中的超輕粒子組成。該研究結果解決了在20年前首次提出的天體物理學問題：「為甚麼採用大質量粒子的模型無法正確預測由引力透鏡效應產生的同一星系的多重影像的位置和亮度？」研究結果已在《自然·天文學》期刊上發表。

暗物質既不會發光，亦不會吸收或反射光，因而難以運用傳統的天文學技術來觀測。如今，天體物理學家用以研究暗物質的最佳方法，是通過愛因斯坦在廣義相對論中預測的引力透鏡現象。該理論中質量會扭曲時空，使得光線在質量巨大的物體如恆星、星系或星系團的周圍彎曲，而通過觀察光的彎曲，科學家們可以推斷出暗物質的存在和分佈，以及正如本研究所證明的那樣，推斷出暗物質本身的性質。

研究團隊運用了港大超級電腦系統，首次計算了由超輕暗物質粒子與大質量暗物質粒子所組成的星系，在生成引力透鏡成像方面的差異。該研究從引力透鏡的角度證明，由超輕粒子組成的暗物質可以大幅度減少大質量粒子暗物質模型下，多重成像的預測位置和亮度與實際觀測上的差異。此外，團隊證明了包含超輕暗物質粒子的模型，可以重現多重透鏡星系成像的位置和亮度，這一成果揭示了星系周圍時空應呈現皺縮而非平滑的特性。