暗物質地圖中的宇宙奧秘

   不久前，國際暗能量調查（DES）項目團隊的科學家利用弱引力透鏡工具，分析了約1億個星系的形狀和光的圖像，繪製出一份覆蓋南半球1%2F4天空的地圖。這是迄今為止用這一方法獲得的最大的暗物質地圖，可以幫助人們對這一看不見的神秘物質「按圖索驥」。
   在廣袤的宇宙中，我們熟知的普通物質僅占宇宙物質的15%，其餘85%都是神秘莫測的暗物質。上世紀40年代，科學家在大量奇特宇宙現象的基礎上大膽猜想，提出了宇宙中可能暗藏有大量「看不見」、卻能通過引力作用被感知的暗物質。經過多年探測和研究，人們已較為準確地估算出了暗物質的總量和占比，知道它在宇宙中無處不在。在宇宙大尺度上刻畫出暗物質地圖，可以進一步幫助人們探究其分布以及形成的結構。
   暗物質之所以「暗」，是因為其既不發出任何波段的光，也不和任何波段的光發生作用，用任何探測器或望遠鏡都無法直接觀察到。那如何知曉其存在？目前，只能通過引力產生的效應，比如「引力透鏡」效應——物質的引力會導致穿過其附近的光線彎曲。這次DES團隊的繪圖工作就基於這一原理。由於地圖中這些暗物質的存在，導致背景星系發射的光在到達望遠鏡之前被偏折，從而使觀測到的背景星系產生形狀變化。通過探測這些形變，就可以描繪出暗物質的多少及其分布。
   此前的類似測量顯示，宇宙中暗物質大都在其形成的結構體——「暗暈」中。為了使更大尺度上暗物質分布的圖像更為清晰，DES團隊在6年時間裡，利用位於智利的超敏感探測相機在南半球的天空採集數據，得到了目前最大的測光樣本。在公佈的地圖照片中，不同亮度展示的是總的物質密度，亮度大意味著密度高，反之則密度低。我們可以看到宇宙中不同類型的大尺度結構，非常高密度的星系群及星系團，密度非常低的宇宙空洞區，還有一些絲狀結構。利用這些物質分布，人們可以更全面地認識宇宙的構成，研究宇宙的演化歷史。
   利用這些暗物質分布，人們還可以對宇宙學模型參數和物理學理論給出更好的限制。實際上，得益於現代星系巡天對宇宙中的物質分布更加細緻的刻畫，對不同的引力模型給出限制一直是近年來的熱點問題。相關科學報道稱，此次繪圖過程中科研人員就證實了宇宙的暗能量密度為常數，為當前標準宇宙學模型提供了強有力的支持。此外還觀測到宇宙要比預期的更平滑些，如果更多更好的觀測之間能相互證實，那麼人們對於引力理論的認識可能會有所更新，並可能對暗能量的本質屬性有新認知。
   目前暗物質的存在還是一種假設，但它可以解釋絕大部分觀測事實，基於這一假設前提下的結構形成理論也能解釋大部分星系觀測數據。不過，人們對於暗物質的本質屬性，比如基於何種基本粒子、質量為多少等依然未知。未來，需要更先進的望遠鏡對宇宙展開更深入的探測，並對可能存在的暗物質粒子進行進一步的偵測，從而為這些問題提供可靠答案。