宇宙中暗物质分布图 占宇宙物质总量的85%

Daobo

天文学家公布宇宙中暗物质分布图

艺术家绘制的詹姆斯·韦伯太空望远镜在地球附近太空中的渲染图

这张图片是艺术家绘制的詹姆斯·韦伯太空望远镜在地球附近太空中的渲染图，发布于2023年9月19日。图片来源：NASA/dima_zel/路透社

概要：
地图是根据詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果绘制的。
暗物质占宇宙物质总量的85%。
剩下的15%是普通物质，所有看得见的东西。

华盛顿，1 月 26 日（路透社）——科学家们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜对一片面积几乎是满月三倍的天空区域的观测，绘制出了迄今为止最详细的宇宙地图，展现了构成宇宙大部分物质的神秘物质——暗物质。

普通物质构成了恒星、行星、人类以及我们所能看到的一切。但它仅占宇宙全部物质的约15%。其余部分是暗物质，它既不发射也不反射光，因此肉眼和望远镜都无法观测到它。

科学家们根据它在大尺度上产生的引力效应来推断它的存在，例如星系的旋转速度、星系团的凝聚方式以及来自遥远物体的光线在穿过巨大的宇宙结构时如何弯曲。

新的暗物质分布图是基于光线弯曲现象绘制的——由于视线方向上物质的引力作用，光线弯曲导致韦伯观测到的大约 25 万个遥远星系的形状出现细微的扭曲。

之前的暗物质地图是基于哈勃太空望远镜的观测数据绘制的。而借助韦布望远镜更强大的性能，新的地图分辨率是之前地图的两倍，覆盖了更广阔的宇宙区域，并且能够观测到更久远的过去——有效地观测到了大约80亿至100亿年前，这是星系形成的关键时期。

“这使我们能够分辨更精细的暗物质结构，探测到以前未曾观测到的质量集中区域，并将暗物质的探测范围扩展到宇宙的早期阶段，”美国宇航局喷气推进实验室（位于加利福尼亚州）的观测宇宙学家戴安娜·斯科尼亚米格里奥（Diana Scognamiglio）说道。她是周一发表在《自然·天文学》杂志上的这项研究的主要作者。

该地图以前所未有的清晰度揭示了宇宙宏观结构（称为宇宙网）的新细节——星系团、由暗物质构成的巨大丝状结构（星系和气体分布于其中）以及质量密度较低的区域。

韦伯望远镜是一架红外望远镜，其集光能力约为哈勃望远镜的六倍，于 2021 年发射，并于 2022 年投入使用。

“詹姆斯·韦伯太空望远镜就像给宇宙戴上了一副新眼镜，”斯科尼亚米利奥说。“它能以前所未有的清晰度观测到更暗淡、更遥远的星系。这实际上为我们提供了一个密度更高的背景星系网格，而这正是此类研究所需要的。更多的星系和更清晰的图像可以直接转化为更清晰的暗物质分布图。”

这张星图覆盖了位于六分仪座方向的一片被称为宇宙演化巡天（COSMOS）的天空区域。研究人员表示，这张星图将从多方面促进未来对宇宙的研究。

“例如，天体物理学中的一个主要问题是星系如何随时间增长和演化——宇宙是如何从几乎完全均匀的汤变成我们今天看到的壮观的星系种类的，”波士顿东北大学的观测宇宙学家、该研究的合著者杰奎琳·麦克利里说。

“暗物质晕——由暗物质自引力形成的‘云’——是星系形成的场所，可以说是星系的摇篮。因此，了解暗物质在哪里、有多少，并将其与暗物质分布范围内的星系群联系起来，就为星系形成和演化的模型设定了一个重要的边界条件，”麦克利里说。

研究人员利用光线弯曲的方法揭示了暗物质和普通物质的分布。

研究人员表示，他们的观测结果与目前主流的宇宙学模型——ΛCDM模型（或称冷暗物质模型）——相吻合。该模型解释了宇宙从大爆炸开始，到随后的演化和结构。该模型认为宇宙主要由暗物质和一种被称为暗能量的不可见宇宙力构成，而暗能量正是导致宇宙加速膨胀的原因。

“在这个框架下，暗物质提供了星系、星系群和星系团形成的引力骨架，从而构建了大规模的宇宙网。我们的地图提供了对这种暗物质支架更清晰的观测视角，”斯科尼亚米利奥说。