暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种已知的物质。

暗物质的存在是我们通过观察星系团中引力质量和星光质量之间的差异得出来的结论，甚至是后来我们通过对星系旋转曲线的研究，也发现了星系中的质量缺失，你可能想知道，那我们还有没有更直接的证据证明暗物质存在，也就是说我们有没有观察到暗物质产生的引力效果呢？

有！今天我们就说一个暗物质存在最最直接的证据，也就是说，我们确实“观察”到了暗物质！

图中的蓝色表示星系、星系团周围的暗物质晕

面对真实的宇宙，我们只能做一些片面的、被动的观察。现在请想象一下，如果整个宇宙就在你的实验室里等着你去研究，你会对它做哪些检验？你能通过让宇宙中发生什么事情去判定暗物质究竟存在还是不存在？我们如何“看到”暗物质

如果你够聪明，你可能会灵光一闪，让两团巨大的物质以很高的相对速度碰击在一起。我们可以将这两个巨大的物质团看作两个巨型的星系团，即在广阔的宇宙空间内集中了数百个乃至数千个星系的结构，它们将在自身引力作用下联系为一体。

当然，即便是巨型星系团内，真正被星系占据的空间也很少，星系团体积内的绝大部分都缺少恒星。在每个星系团中心，几乎都有一群大质量的椭圆星系，而螺旋星系则分布在周围，越靠近星系团的边缘就越稀少。

星系团内部还会有巨量的中性气体，这些物质将形成未来的新一代恒星，不过它们非常稀薄，散布在各个成员星系的周边，在大部分情况下都可以称为星系际介质，即星系之间的物质。因此，如果假定有数量约为上述普通物质5倍的暗物质存在，那它们不但应该分布于各个成员星系旁边，还应该围绕着整个星系团形成一个晕轮。

现在继续来想象两个这样的星系团以高速撞击在一起。你将会看到什么？我们知道，即便不管暗物质，以中性气体形式存在的物质也大约是恒星物质的6倍，而如果暗物质存在，其数量又将是所有普通物质的大约5倍。于是，我们主要有下列三件事情要考虑。

恒星及其所存身的单个星系：恒星的体积很大，平均来说，其直径约有1000万公里。每个星系中通常包括大约几千亿颗的恒星，而星系的直径就更大了，约有10万光年。星系在宇宙中的布局又是相当分散的，星系之间的典型距离约在1000万光年。

所以，即便让两个星系团撞在一起，并假设每个星系团都含有几千个星系，最后真正发生撞击的星系恐怕也不过十几对，远不到成员星系总数的百分之一，其余所有星系都只会在另一个星系团的星系际空间里穿越而过。这就好比让两支打飞碟用的散弹枪同时击发，且使其发射路线交叉：诚然会有一些弹粒彼此碰撞，但绝大多数的弹粒将会错身而过。星系团中的星系及其恒星的情况，与此十分相似。

弥漫在星系周围以及整个星系团内部的气体：其情况与恒星的情况截然不同。恒星是物质密集的区域，星系在星系团内也是相对密集的区域，它们所占的体积在星系团内比例很小。当两个星系团相撞时，双方的绝大多数星系彼此不会撞上，双方恒星之间碰撞的机会就更是微乎其微。

但是，极度稀薄且严重弥散、充斥星系团内部的气体之间就不会这样相安无事了。两个星系团的碰撞，必然导致双方所含气体物质的广泛相互作用。由于双方的相对运动速度很高，所以气体分子的动能很大，分子之间的撞击也很猛烈，而这就会导致分子的速度减缓、温度上升，并释放出X射线。因此，两个星系团相撞后，气体的运动会滞后于星系的运动，而我们也能通过×射线的特征识别出气体的运动情况。

弥漫在星系周围，并且也弥漫在星系团周围的暗物质：其情况与气体的情况类似，然而不同之处在于它比气体更加稀薄，不但弥漫在星系团的整个内部，也弥漫在星系团外部，其弥漫区的总体积比星系团内的气体弥漫区要大。但暗物质不具有像普通物质那样的相互作用性质（特别是电磁相互作用），所以不会与普通物质发生作用，也不会与其他暗物质发生作用。这就意味着它在星系团碰撞过程中不会升温、不会发光，不会减速，最后这一点是最为重要的。暗物质在这个过程中会像众多恒星和星系那样，彼此交错而过，相安无事地穿到对方的另一侧。

我们说上述的想象很重要，并不是因为我们能真正制造出这样一场碰撞（这超出了人类的能力范围），而是因为宇宙中有数以千万计的星系团，确保了在我们如今能看到的景象中，必然有发生过星系团碰撞的例子。我们知道绝大多数的普通物质都以气体形式存在，而暗物质如果存在，其总量必远超普通物质，故必能在这种情况下将其存在的确凿迹象呈现给我们！

如果可以找到一对不久前刚刚撞击过的星系团，应该可以观察到其×射线来源的分布区和其成员星系的分布区之间有所错位。也就是说，星系团中气体的运动轨迹不会相同于星系的运动轨迹，星系发出的光线与气体释放的X射线不会完全重合。

同时，我们可以通过弱引力透镜的状况，重构出星系团的引力分布特征，如果暗物质确实存在，这个分布与×射线的分布之间也应出现错位。当然，假如发现引力分布与X射线分布是匹配的，且二者均不与星系所发的光匹配，那就说明暗物质并不存在！我们看到了暗物质存在存在的直接证据

2006年，科学家对一个刚经历过这种高速碰撞的星系团 1E0657-558（它也被用白话称为“子弹星系团”）做了观测，并完成了它的弱引力透镜效果分布圈。钱德拉X射线望远镜对它的观察显示，其释放X射线的区域的分布（在图中以粉色表示），明显偏移出了其可见光(即成员星系及其恒星的发光）分布区域。那么其引力透镜效果分布的情况如何呢？

结果（在图中以蓝色表示）显示，该星系团中的引力有聚集成两个团块的倾向，二者曾经彼此穿过，且造成这些引力的大部分质量都聚集在成员星系附近，与X射线分布（既气体或类似气体形态的普通物质分布）有明显的位置差别。这说明，普通物质的分布，并不是决定星系团引力作用分布的首要因素。这也是人类第一次在星系团这么大的尺度上直接获得关于这一观点的有力证据。

后来，科学家陆续发现了一些处于碰撞不同阶段的星系团的案例，它们的X射线源头分布（代表气体分布）和引力透镜强度分布（代表总体质量分布）之间都显示出与上例类似的错位。其中最著名的例子包括星系团 Abell520、DLSCL J0916.2+2951（“火枪弹丸星系团”）、MACS J0717 和 MACS J0025.4-1222，它们距离地球都有几十亿光年。

以上就是根据暗物质和正常物质性质的不同，通过星系团的碰撞，我们利用微引力透镜“看到”了暗物质存在的直接证据。