暗物質是理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質，它可能是宇宙物質的主要組成部分，但又不屬於構成可見天體的任何一種已知的物質。

暗物質的存在是我們通過觀察星系團中引力品質和星光品質之間的差異得出來的結論，甚至是後來我們通過對星系旋轉曲線的研究，也發現了星系中的品質缺失，你可能想知道，那我們還有沒有更直接的證據證明暗物質存在，也就是說我們有沒有觀察到暗物質產生的引力效果呢？

有！今天我們就說一個暗物質存在最最直接的證據，也就是說，我們確實“觀察”到了暗物質！

圖中的藍色表示星系、星系團周圍的暗物質暈

面對真實的宇宙，我們只能做一些片面的、被動的觀察。現在請想象一下，如果整個宇宙就在你的實驗室裡等著你去研究，你會對它做哪些檢驗？你能通過讓宇宙中發生什麼事情去判定暗物質究竟存在還是不存在？

我們如何“看到”暗物質

如果你夠聰明，你可能會靈光一閃，讓兩團巨大的物質以很高的相對速度碰擊在一起。我們可以將這兩個巨大的物質團看作兩個巨型的星系團，即在廣闊的宇宙空間內集中了數百個乃至數千個星系的結構，它們將在自身引力作用下聯絡為一體。

當然，即便是巨型星系團內，真正被星系佔據的空間也很少，星系團體積內的絕大部分都缺少恆星。在每個星系團中心，幾乎都有一群大品質的橢圓星系，而螺旋星系則分佈在周圍，越靠近星系團的邊緣就越稀少。

星系團內部還會有巨量的中性氣體，這些物質將形成未來的新一代恆星，不過它們非常稀薄，散佈在各個成員星系的周邊，在大部分情況下都可以稱為星系際介質，即星系之間的物質。因此，如果假定有數量約為上述普通物質5倍的暗物質存在，那它們不但應該分佈於各個成員星系旁邊，還應該圍繞著整個星系團形成一個暈輪。

現在繼續來想象兩個這樣的星系團以高速撞擊在一起。你將會看到什麼？我們知道，即便不管暗物質，以中性氣體形式存在的物質也大約是恆星物質的6倍，而如果暗物質存在，其數量又將是所有普通物質的大約5倍。於是，我們主要有下列三件事情要考慮。

恆星及其所存身的單個星系：恆星的體積很大，平均來說，其直徑約有1000萬公里。每個星系中通常包括大約幾千億顆的恆星，而星系的直徑就更大了，約有10萬光年。星系在宇宙中的佈局又是相當分散的，星系之間的典型距離約在1000萬光年。所以，即便讓兩個星系團撞在一起，並假設每個星系團都含有幾千個星系，最後真正發生撞擊的星系恐怕也不過十幾對，遠不到成員星系總數的百分之一，其餘所有星系都只會在另一個星系團的星系際空間裡穿越而過。這就好比讓兩支打飛碟用的散彈槍同時擊發，且使其發射路線交叉：誠然會有一些彈粒彼此碰撞，但絕大多數的彈粒將會錯身而過。星系團中的星系及其恆星的情況，與此十分相似。

但是，極度稀薄且嚴重彌散、充斥星系團內部的氣體之間就不會這樣相安無事了。兩個星系團的碰撞，必然導致雙方所含氣體物質的廣泛相互作用。由於雙方的相對運動速度很高，所以氣體分子的動能很大，分子之間的撞擊也很猛烈，而這就會導致分子的速度減緩、溫度上升，並釋放出X射線。因此，兩個星系團相撞後，氣體的運動會滯後於星系的運動，而我們也能通過×射線的特徵識別出氣體的運動情況。

瀰漫在星系周圍，並且也瀰漫在星系團周圍的暗物質：其情況與氣體的情況類似，然而不同之處在於它比氣體更加稀薄，不但瀰漫在星系團的整個內部，也瀰漫在星系團外部，其瀰漫區的總體積比星系團內的氣體瀰漫區要大。但暗物質不具有像普通物質那樣的相互作用性質（特別是電磁相互作用），所以不會與普通物質發生作用，也不會與其他暗物質發生作用。這就意味著它在星系團碰撞過程中不會升溫、不會發光，不會減速，最後這一點是最為重要的。暗物質在這個過程中會像眾多恆星和星系那樣，彼此交錯而過，相安無事地穿到對方的另一側。

我們說上述的想象很重要，並不是因為我們能真正製造出這樣一場碰撞（這超出了人類的能力範圍），而是因為宇宙中有數以千萬計的星系團，確保了在我們現在能看到的景象中，必然有發生過星系團碰撞的例子。我們知道絕大多數的普通物質都以氣體形式存在，而暗物質如果存在，其總量必遠超普通物質，故必能在這種情況下將其存在的確鑿跡象呈現給我們！

如果可以找到一對不久前剛剛撞擊過的星系團，應該可以觀察到其×射線來源的分佈區和其成員星系的分佈區之間有所錯位。也就是說，星系團中氣體的運動軌跡不會相同於星系的運動軌跡，星系發出的光線與氣體釋放的X射線不會完全重合。

同時，我們可以通過弱引力透鏡的狀況，重構出星系團的引力分佈特徵，如果暗物質確實存在，這個分佈與×射線的分佈之間也應出現錯位。當然，假如發現引力分佈與X射線分佈是匹配的，且二者均不與星系所發的光匹配，那就說明暗物質並不存在！

我們看到了暗物質存在存在的直接證據

2006年，科學家對一個剛經歷過這種高速碰撞的星系團 1E0657-558（它也被用白話稱為“子彈星系團”）做了觀測，並完成了它的弱引力透鏡效果分佈圈。錢德拉X射線望遠鏡對它的觀察顯示，其釋放X射線的區域的分佈（在圖中以粉色表示），明顯偏移出了其可見光(即成員星系及其恆星的發光）分佈區域。那麼其引力透鏡效果分佈的情況如何呢？

結果（在圖中以藍色表示）顯示，該星系團中的引力有聚整合兩個團塊的傾向，二者曾經彼此穿過，且造成這些引力的大部分品質都聚集在成員星系附近，與X射線分佈（既氣體或類似氣體形態的普通物質分佈）有明顯的位置差別。這說明，普通物質的分佈，並不是決定星系團引力作用分佈的首要因素。這也是人類第一次在星系團這麼大的尺度上直接獲得關於這一觀點的有力證據。

後來，科學家陸續發現了一些處於碰撞不同階段的星系團的案例，它們的X射線源頭分佈（代表氣體分佈）和引力透鏡強度分佈（代表總體品質分佈）之間都顯示出與上例類似的錯位。其中最著名的例子包括星系團 Abell520、DLSCL J0916.2+2951（“火槍彈丸星系團”）、MACS J0717 和 MACS J0025.4-1222，它們距離地球都有幾十億光年。

以上就是根據暗物質和正常物質性質的不同，通過星系團的碰撞，我們利用微引力透鏡“看到”了暗物質存在的直接證據。