香港大学（港大）天体物理学研究员与一支由北京师范大学（北师大）领导的研究团队合作，发展出一种更符合物理现实的方法来测试超轻暗物质（或称模糊暗物质）会如何影响引力透镜成像。这项研究首次直接从模糊暗物质的三维波模拟中，做出引力透镜的预测。相较于常用的模型方法，本模拟更精确地重现了某背景光源类星体的观测图像位置，该类星体已被广泛研究，这突显出高分辨成像引力透镜观测在探寻暗物质本质上的潜力。本研究结果已于《天体物理快报》（The Astrophysical Journal Letters）发表。
近一个世纪以来，物理学家一直致力解开暗物质之谜。儘管暗物质高佔宇宙总物质的 85%，但它不发光、不吸收亦不反射光，仅能透过引力效应探测到其存在。此外，众所週知粒子物理学的标准模型是目前描述基本粒子、宇宙四大基本力中的三项基本力，以及支撑现代科技的主流理论框架，但该标准模型至今仍然无法解释暗物质。
过去十年间，愈来愈多的天文观测证据指出，暗物质或许是由超轻粒子所构成。因为这些粒子的质量极低，所以其集体行为会表现得像是波一般，能够产生複杂的干涉图像，宛如海浪拍打海岸交会时的情景。根据爱因斯坦的引力理论，当大质量天体的引力使来自遥远光源的光线传播发生弯曲与扭曲时，就会形成星系的多重影像（即引力透镜效应）。而超轻暗物质所产生的干涉图像，便极有可能在这些多重影像中留下可观测的痕迹。
为破解暗物质之谜，包括港大物理学系及香港天文及天体物理研究所（HKIAA）的林仁良教授和 Amruth Alfred 博士在内的研究团队，针对「若星系确实由超轻暗物质组成」的假设，对引力透镜成像的特徵作出了预测。这也是科学界首次运用此类电脑模拟，该模拟精确捕捉了超轻粒子相互作用所产生的波状质量密度分布图像，被直接用于引力透镜的成像预测。相较于本研究中採用的其他对比模型，该模拟能更准确地重现背景光源观测位置。研究结果显示，引力透镜系统有望为测试超轻暗物质模型提供全新的途径。研究人员目前正着手探讨其他相关效应，包括引力透镜成像的亮度变化。
本研究项目源于港大学者前往北师大的学术访问，在双方的密切交流下，港大研究人员与北师大朱宗宏教授团队的李正祥博士，以及本研究第一作者周家君博士生共同执笔完成了本项发表。林仁良教授表示：「在进行本研究前，我们无法预知哪些观测信号能被模拟捕捉，所以我们对预测结果充满了期待。在家君的勤恳工作下，我们得以高效地得出了这些卓越的成果，这让我们相信，本研究已为未来利用引力透镜效应来探索暗物质本质，开闢了一条全新的研究途径。」
本学术交流获多项研究基金与奖项资助，这无疑为港大和北师大双方的合作奠定了稳固基础。近期于港大正式成立的香港天文与天体物理研究所（HKIAA），亦进一步为香港学界与内地学者的紧密交流搭建了重要平台，并将为更多前沿的天体物理学研究开启崭新大门。
有关研究详情，请参阅论文Gravitational Lensing Predictions from Wave Simulations of Fuzzy Dark Matter, The Astrophysical Journal Letters；DOI：10.3847/2041-8213/ae9a9e
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