研究人員利用ALMA探測到了比大質量星系更小尺度上的暗物質分佈。這項具有里程碑意義的觀測發現了暗物質在3萬光年尺度上的波動，支持了冷暗物質模型，並提供了對宇宙結構的重要見解。突破性觀測揭示了星系尺度以下的暗物質波動，肯定了冷暗物質理論，並提供了有關宇宙組成的新見解。

由神代大學（日本大阪）的井上海紀太郎教授領導的研究小組利用位於智利共和國的世界上最強大的射電干涉儀–阿塔卡馬大毫米波/亞毫米波陣列（ALMA），發現了宇宙中暗物質分佈的波動，其尺度小於大質量星系。

這是首次在3 萬光年的尺度上偵測到遠宇宙中暗物質的空間波動。這結果表明，即使在比大質量星系更小的尺度上，冷暗物質也會存在，這也是朝著了解暗物質真正性質邁出的重要一步。文章將發表在《天文物理學報》。

暗物質波動透鏡系統MG J0414+0534 偵測到的暗物質波動。較亮的橘色表示暗物質密度較高的區域，較暗的橘色表示暗物質密度較低的區域。白色和藍色代表ALMA 觀測到的重力透鏡天體。資料來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

暗物質是一種不可見的物質，佔宇宙質量的很大一部分，被認為在恆星和星係等結構的形成過程中發揮了重要作用。由於暗物質不是均勻分佈在空間中，而是呈現團塊狀分佈，它的引力會輕微改變來自遙遠光源的光（包括無線電波）的路徑。對這種效應（引力透鏡）的觀測表明，暗物質與相對大質量的星系和星系團有關，但它在較小尺度上的分佈尚不清楚。

研究團隊決定利用ALMA 觀測一個距離地球110 億光年的天體。這個天體是一顆透鏡類星體MG J0414+0534[4]（以下簡稱”這顆類星體”）。

由於前景星系的引力透鏡效應，這個類星體看起來是四重影像。然而，這些表觀影像的位置和形狀都偏離了僅根據前景星系的引力透鏡效應計算得出的結果，這表明在比大質量星系更小的尺度上暗物質分佈的引力透鏡效應在起作用。

重力透鏡系統MG J0414+0534 的概念圖。影像中心的物體表示透鏡星系。橘色表示星系際空間中的暗物質，淡黃色表示透鏡星系中的暗物質。圖片來源：NAOJ, KT Inoue

研究發現，即使在遠低於宇宙尺度（數百億光年）的約3萬光年尺度上，暗物質密度也存在空間波動。這結果與冷暗物質的理論預言一致，即暗物質團塊不僅存在於星系內部（圖2 的淡黃色），也存在於星系際空間（圖2 的橘色）。

這項研究中發現的暗物質團塊所產生的引力透鏡效應非常小，以至於很難單獨探測到它們。然而，由於前景星系引起的引力透鏡效應和ALMA的高分辨率，我們首次探測到了這種效應。因此，本研究是驗證暗物質理論和闡明其真實性質的重要一步。

這項研究發表在KT Inoue 等人在《天文物理學報》上發表的論文”ALMA Measurement of 10 kpc-scale Lensing Power Spectra toward the Lensed Quasar MG J0414+0534″中。