极轻暗物质电脑模拟中的暗物质晕(dark matter halo)，孤立子位于中心高密度的红色区域。图片来源：台湾大学天文所。
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。图片来源：台湾大学天文所。
（未解之谜报道）据美国国家地理：看了英国大导演诺兰的科幻电影《星际效应》（Interstellar），经过紧张万分、炫目迷人的太空之旅后，是不是让你对黑洞充满好奇呢？ 18世纪以来，黑洞向来就是从未被停止研究的理论，1974年，让英国物理学家霍金（Stephen Hawking）一举成名的「霍金辐射」，正是所谓的黑洞现象。那么类星体、暗物质、黑洞又有什么关系呢？台湾大学天文所教授阙志鸿领导的研究团队，在2014年12月出版的国际期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters) 中发表论文，提出「极轻暗物质模型」，为类星体、黑洞谜团提供进一步的重要线索。
孤立子、类星体与黑洞
「类星体」 (quasar) 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。科学家观测到最早的「类星体」出现在宇宙初期约4000万年，这仅是138亿年的宇宙一小部分岁月。在这么短的时间中，如何产生巨大质量的黑洞，一直是近代天文物理学中重大的谜。
孤立子与星系的关系符合极轻暗物质预测
研究成果显示「孤立子」的质量与星系的质量、年龄紧密相关。星系愈重，「孤立子」就愈重；宇宙愈早期的星系，「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」亦能帮助宇宙晚期的「活跃星系核」 (active galactic nucleus) 形成。早期的「类星体」和晚期的「活跃星系核」是类似现象，差别在发光的强度不同；「类星体」需大量的气体被吞噬才能发出超强的光，「活跃星系核」只需较少的气体。这与极轻暗物质的预测相符合；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。
超重黑洞的成形
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，未来若能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了！（资料来源：台湾大学天文所 整理撰文：潘佳修）