這是關於宇宙中最被接受的想法之一，也是最具爭議的想法之一：暗物質的概念。在太陽系中，太陽和行星足以解釋我們看到的所有重力效應：只需使用廣義相對論定律，你所預測的與你觀察到的完全匹配。但在更大的尺度上——星系的尺度、星系群和星系團，甚至是宏大的宇宙網——我們所知道的正常物質，包括由質子、中子和電子構成的一切，根本不足以解釋我們觀察到的東西。需要其他一些大品質成分，即暗物質，才能使事物恢復對齊。
在單個星系及以下的尺度上，其他解釋，如對重力的修改，與暗物質一樣成功，MOND就是一個典型的例子。事實上，對寬雙星的測試 可能很快就能直接針對暗物質的概念來測試這些想法 。但是在更大的宇宙尺度上，例如星系團碰撞的尺度上，這些相同的重力修改不再成功，但暗物質仍然完全有效。
或者是嗎？修正重力界的許多人指出，對星系團碰撞的標準故事（如子彈星團）作為暗物質的證據有兩個主要反對意見。但是，當我們仔細研究這些反對意見時，它們真的有水嗎？讓我們自己調查一下。
子彈組的標準圖片
在上面，您可以看到所謂的 Bullet Cluster 。在光學（可見光）中，它看起來就像兩個星系的集合：就像夜空中兩個大群（或星團）彼此相對靠近。然而，這些星系團不僅位於天空的同一區域，它們實際上在三維空間中彼此非常接近。此外，它們不僅彼此靠近，而且處於交互作用的過程中。我們可以看到兩個訊號，它們準確地告訴我們這些交互作用是如何發生的。
第一個訊號來自觀察X射線波長的光。光學，或我們所知道的可見光，在揭示傳統上發光的物質來源（如恒星）方面非常出色，而X射線在揭示被加熱到極高溫度的瓦斯方面卻非常出色。瓦斯不僅存在於幾乎每個星系中，而且存在於星系間介質中：星系之間的空間，特別是在星系群和星系團等束縛結構中。
當我們在X射線波長下觀察子彈星團時，我們發現在兩個星系團之間的空間中存在大量熾熱的X射線發射瓦斯和電漿。這不僅是兩個星團最近相撞的證據，而且「沖擊」特征，看起來像一個繃緊的弓，告訴我們這兩個星團以極快的速度相撞：大約5000公裏/秒。
然而，我們也可以看到第二個訊號：這個系統中所有品質產生的重力透鏡訊號，包括這些星系團內的品質以及它們之間空間的品質。與依賴於物質特性（如溫度和亮度）的光依賴性訊號不同，重力透鏡完全由品質決定：沿任何特定視線存在的累積品質量。這種品質的存在會彎曲和扭曲其後面空間的外觀，以及沿同一視線從背景光源發出的任何光。
重力透鏡有兩種型別：
強鏡頭，背景源被拉伸成弧形、環形，甚至多個影像，就像極度扭曲的鏡子中的反射一樣，就像你在 Fun House 中可能看到的那種，
以及弱透鏡，其中背景源的形狀和方向優先扭曲成一系列橢球體形狀，這是一種更微妙但更普遍的重力透鏡型別。
主要是透過弱重力透鏡來重建星系團內的品質分布，當它套用於碰撞的星系團（包括子彈星系團）時，你可以看到一個明確的訊號，即品質分布遵循星系團本身的分布，而不是從星系團中剝離的加熱瓦斯。
很長一段時間以來，這 一直被視為暗物質的「吸煙槍」證據 ，因為以下兩者之間的不匹配：
品質訊號所在的位置，
與正常物質所在的位置相比，
非常重要，因為它們的分布在遠大於5-sigma的顯著性上不一致，5-sigma傳統上被用作天體物理學和粒子物理學發現的「黃金標準」。不管在銀河系尺度上發生的混亂的物理學如何，當我們把目光投向更大的尺度時——比如星系團的尺度和碰撞星系團的系統——暗物質勝過修正重力理論的證據是明確的。
或者是嗎？
在與澤維爾·赫南德斯（Xavier Hernandez）教授的對話 中，他提到了兩個反對意見，即子彈星團壓倒性地支持暗物質圖景。他特別指出了以下幾點。
-
我們不應該認為透鏡訊號來自物質密度最大的地方，而不是品質最大的地方，這不足為奇，因為決定透鏡訊號的是品質濃度，而不是整體物質。
-
而且，我們觀察組成子彈星團碰撞的兩個星團的速度太大了，無法與我們對宇宙的標準圖景保持一致：ΛCDM，或者暗能量和冷暗物質主導的宇宙。
雖然這些反對意見在 MOND 倡導者的文獻中很常見，但它們真的站得住腳嗎？
重力透鏡是否依賴於孤立的「點」訊號，還是大規模的物質分布？
從物理學的角度來看，這個問題的答案很簡單：兩者兼而有之。例如，需要密集的物質濃度來產生具有視覺沖擊力的強透鏡訊號，以及透過單個恒星附近的光線的偏轉。這些強透鏡訊號可以將遙遠星系的放大倍數提高數十倍、數百倍甚至數千倍，具體取決於配置，並且可以將單個點光源延伸到天空中的巨大區域。
但是，當涉及到弱重力透鏡時，即使是稀疏的物質濃度也會發揮重要作用，當我們對星系團進行「品質重建分析」時，無論是孤立的單個星系團還是一組碰撞的星系團，弱重力透鏡訊號可以說是包含最大數據量的。
事實上，這是 25 年來眾所周知的事情。1998年， 格斯·埃夫拉德（Gus Evrard）在 【自然】（Nature ）雜誌上 發表了一篇著名的論文，該論文令人驚訝地顯示了星系團內的品質位置，這是從其重力透鏡數據重建的。關鍵圖如下所示。
當然，你會立即註意到物質的巨大「峰」，它們對應於單個星系產生的透鏡訊號。您還會註意到，在 y 軸上，這不是正在繪制的三維品質密度（每單位體積的品質），而是正在顯示的二維品質密度（天空中每單位面積的品質），因為它是沿特定視線的累積品質產生透鏡訊號。
但你應該註意到的最大特征也是最廣泛的：物質向這個物體的中心塗抹分布。就好像不僅大部份品質，而且超過80%的星系團總品質，都不存在於單個星系中，而是存在於它們之間的空間中：在星系團內介質中。這與暗物質假說非常一致 - 有大量的物質，比所有正常物質的總和還要多 - 圍繞著星系和星系團的巨大光環。
雖然正常物質會像星系和恒星一樣碎裂並塌縮成團塊，但暗物質仍然是彌散的和「浮腫的」，因為它的非碰撞性質阻止它形成致密結構。
然而，這並不意味著暗物質根本不會聚集在一起！事實上，從模擬和結構形成的分析處理中，有一個預測，每個大品質暗物質暈都應該充滿暗物質子結構：較小的迷你暈，它們有自己的品質，自己的濃度，並且分布在較大的束縛結構中，如星系和星系團。當我們觀察大品質星系團時，如上圖所示的MACS J1206，我們可以使用重力透鏡數據 - 弱透鏡和強透鏡相結合 - 來重建前景星系團品質本身的品質和密度分布。
只是：
星系，可以從光中辨識，
加上暗物質暈的平滑分布，可以從弱透鏡重建，
加上簇內光，可辨識為漫射藍色輝光，
僅此而已，這就是我們能辨識的透鏡訊號的原因嗎？事實證明， 不 ，這還不是全部。星系團內的光數據，以及背景弱透鏡數據，表明這個光暈中存在「品質團塊」，遠遠超出了任何星系訊號。從微弱的透鏡和星團內光的結合中，我們可以看出，不僅暗物質的整體擴散分布，而且這些暈內部的暗物質子結構也存在「團塊」分布。
您還可以檢視強透鏡系統，包括僅由單個星系透鏡的系統，以測試星系內暗物質的性質和存在。特別是在四透鏡系統中，每個透鏡背景星系的放大倍率、亮度、大小和位置可以告訴我們星系內的暗物質分布是否平滑，或者是否存在暗物質亞結構，正如預測的那樣。
這項研究 是在 2020 年初 進行並行表的，並觀察到不同影像之間千分之一級的變化：這讓我們了解了這些物體中暗物質的性質。特別是，暗物質不可能生來就很熱，或者在早期接近光速，它也不可能生來就是溫暖的，這會「平滑」和「模糊」任何單個子結構團塊，盡管沒有熱暗物質那麽嚴重。
相反，暗物質一定是冷的，這些小尺度子結構的間接證據來自弱透鏡和強透鏡數據。這些微小的暗物質團塊在重力透鏡本身中充當了缺陷，甚至是「裂縫」。它們的證據現在是壓倒性的，並且結合來自星系和星系團的其他證據，表明暗物質的存在並不那麽容易解釋。
子彈簇是荒謬的宇宙稀有物嗎？
看看上面顯示的這個天空區域。在7月和8月，透過望遠鏡或雙筒望遠鏡可以清楚地看到這個星群，被稱為 衣架 （或布羅基星團），由10顆相對明亮的恒星組成，星等都在6或7等左右，集中在一個平方度的天空中。現在，整個天空中只有大約40,000顆如此明亮或更亮的恒星，總共大約有40,000平方度的天空。你可能會想問問自己 ：在同一個 一平方度內找到十顆亮度如此之高的恒星的機率有多大？如果這些恒星是隨機分布的，你會發現機率是10,000,000分之一左右。這種情況隨機發生的可能性很小;例如，您可以在超過 5 西格瑪顯著性的情況下排除這一點。
但事實證明，所有這些恒星都是無關的;除了黃色圓圈中突出顯示的星群外，沒有「簇」：與衣架星群完全無關。它真的只是恒星的偶然排列，無論它看起來不太可能。子彈星團的移動速度是否太快而無法與我們的標準（ΛCDM）宇宙學保持一致？統計論證也可以以同樣的方式使用，認為這兩個星團的速度太大，無法與我們對宇宙的描繪一致。
正如您所料，不同的模擬會給出不同的結果。
有人說，這個系統非常不可能，而且在超過5西格瑪的水平上，它可能會不受歡迎。
有人說這個系統有點不太可能，但並非荒謬;在整個宇宙中應該有少數類似的星系團，我們碰巧發現它是我們第一個碰撞的星系團。
還有人說，這個系統相當普通，只是在碰撞中比你預期的要快一點，而且與我們的預期完全沒有沖突。
但我們可以比模擬做得更好;我們現在有幾十個這樣的系統，重力透鏡數據（藍色）和X射線發射數據（粉紅色）突出了正常物質和總品質之間的差異。在所有系統中，如果你有證據證明有加熱的瓦斯（由團簇碰撞產生），那麽你將與正常物質的分布產生品質偏移。這些碰撞的速度通常在數千公裏/秒的低速下，但也有少數更快;例如， 火槍球團 在速度上可與子彈團相媲美。所有這些都顯示了暗物質的證據，雖然有些速度很快，比如子彈星團，但大多數速度更適中：更像是ΛCDM宇宙學的「標準」預測。
在比恒星和行星系統更大的尺度上，在地球與太陽距離的幾千倍，高達大約一百萬甚至幾百萬光年的尺度上，仍然有修正重力理論 - 包括MOND - 可以與暗物質相媲美，因為它們對宇宙的描述程度。但是在更大的宇宙尺度上，包括（也許，特別是在）星系團的尺度上，所有這些修改後的重力理論都失敗了，除非它們還包括與暗物質行為相同的東西。我們可能沒有直接探測到它，當涉及到宇宙是由什麽組成的問題時，我們可能真的處於黑暗之中，但反對星系團中暗物質的證據充其量是脆弱的。正如數據壓倒性地顯示的那樣，對它的最大反對意見根本沒有任何水分。
