MACHO始末记
MACHO也就是晕族大质量致密天体（MAssive Compact Halo Object）的故事要从暗能量发现之初说起。自从20世纪60至70年代Vera Rubin发现星系的自转曲线不能单纯用可见物质解释之后，暗物质存在的证据逐一浮出水面，其中包括星系团引力透镜、星系的速度弥散等，不过不可见成分的身份却是个谜。很自然地，人们从常规重子物质入手，探讨可能的候选对象。
于是MACHO的概念应运而生。由于星系自转曲线与可见物质的不吻合主要是出现在大银心距区域，这意味着不可见物质大量潜伏在星系晕中。又由于人们没有通过引力之外的其他手段察觉这些物质的存在，这类天体本身不应该发光，至少不能发出很强的辐射。这样普通的恒星和气体云（会有分子谱线辐射）就都被排除掉了，作为MACHO候选对象的常规天体局限在了本身不能发光或者辐射很弱的孤立行星、褐矮星以及黑洞和中子星等致密天体上，有人认为暗淡的白矮星以及红矮星也有可能是MACHO的组成部分。这种理论最吸引人的地方可能就是不需要任何离奇的假设，只借助普通物质了。
由于MACHO本身不发光或者光度极低，相关探测只能通过间接渠道来进行。1986年，Bohdan Paczyński在提出微引力透镜概念的同时，还讨论了不发光的银晕致密天体可能导致的透镜效应。虽说Paczyński并没有使用MACHO这个名词，他的观点却让后来的研究者受了启发。为了研究MACHO存在与否以及数量有多少，1992年7月，利用微引力透镜探测银河系晕族天体的MACHO计划正式启动。其实该计划的策略与之前提过的借助透镜效应搜索行星很相似，只不过这次透镜天体从行星系换成了可能的MACHO候选对象。至于观测天区的选择，也是以恒星密集地带为宜。
2003年山火前（左图，图片提供：Mount Stromlo & Siding Springs Observatories, Australian National University）后（右图，摄影：NavindaK）的大墨尔本反射镜。
为了这个目的，MACHO小组改造了澳大利亚Stromlo山天文台1868年落成的1.27米大墨尔本反射镜，为其加装新式同时也是当时规模最大的CCD阵列（由8台2048 x 2048象素CCD组成），随后针对大麦哲伦云进行了将近8年的监测，期间进行了超过2000亿次测量。对于计划本身来说幸运（但对于天文台却是灾难）的是，在MACHO观测结束后不久的2003年1月，这架望远镜被澳洲的山火烧毁。
与MACHO计划同期进行的还有欧洲南方天文台的EROS以及波兰主持的OGLE。1993年，MACHO与EROS小组几乎同时第一次在大麦云观测到了被微引力透镜增亮的恒星，这也是人们第一次发现这一效应，它说明了银晕天体确实有可能存在。
MACHO计划的第一个微引力透镜事件光变曲线。（图片来源：Alcock et al. 1993）
不过后面的进展很不明朗。MACHO小组的探测较多，宣称一共发现了十余次微引力透镜事件，对应单个银河系晕族天体的质量与太阳在同一量级，也许是白矮星或者红矮星。根据发生概率推算，这些暗淡的恒星可能占据了银晕不可见质量的五分之一，而不足以解释全部。
但就算是这个五分之一的结果也是十分的可疑。其一是EROS小组没有发现多少确切的微引力透镜信号，因此MACHO小组的观测无从证实；其二是再暗淡的恒星终归也会发出辐射，但哈勃空间望远镜携带的近红外设备NICMOS并没有找到太多的小质量红矮星。实际上根据哈勃的数据，红矮星的质量只是银晕总质量的百分之一不到，几乎小到可以忽略不计。这样看来，致密晕族天体根本不足以解释多余的质量，理论不再为人垂青，相关观测计划也是要么收工，要么像OGLE那样干脆改行干起了行星搜索。
BTW，在MACHO的概念之后提出的还有RAMBO（Robust Associations of Massive Baryonic Objects，大质量重子天体强关联星团？）模型，这是由暗淡的致密天体如白矮星组成的星团，半径在1至15个秒差距之间，动力学上与普通的球状或者开放星团类似，只是这一点似乎很少有人提及。不过既然相关重子天体已经是数量匮乏了，RAMBO的数量只会更少，讨论它的意义已然不大了。
除了观测得到的数量过少，现在看来借助于重子物质的MACHO本身还存在有理论缺陷。首先是根据大爆炸核合成理论，可以确定出宇宙中的光子和重子物质比例。如果所有的暗物质都由MACHO来提供，那么所需的重子物质总量将大大超出允许范围。除此以外，MACHO更致命的一个问题是很难解释星系团中的暗物质，而根据X射线观测，暗物质无疑是存在于星系之间的，否则就无法解释星系际大量存在的热气体。
更进一步，针对微波背景辐射和星系大尺度结构的研究表明，确实存在相当多的非重子物质。因此MACHO这个概念也就基本走到了尽头，它只能贡献一小部分不可见的质量，剩余的大部头仍旧悬而未决。那么借助中微子这类高速的热暗物质又怎么样？它们仍旧无法解决结构形成的疑难。因此需要引入奇特粒子WIMP的冷暗物质理论就占了上风，但是这些WIMP粒子究竟是什么，还有待探讨……
参考资料：
[1] The MACHO Project
[2] Paczyński, B., 1986, Astrophysical Journal, 304, 1
[3] Alcock, C. et al., 1993, Nature, 365, 621
[4] Alcock, C. et al., 2000m, Astrophysical Journal, 542, 281
