迄今最精细暗物质图谱问世！詹姆斯·韦布望远镜重绘宇宙形成骨架

在浩瀚的宇宙中，我们肉眼可见的星辰、行星乃至人类自身，仅占宇宙物质总量的约 5%。还有 27% 左右由一种既不发光、也不阻挡、反射或吸收光的神秘物质组成——暗物质。这种物质如同幽灵般穿过普通物质，无法直接观测，却通过引力主宰着宇宙的结构。科学家们只能通过其引力对周围普通物质的影响来推断其存在。剩余部分则是同样神秘的暗能量。

图丨相关论文（来源：Nature Astronomy）

2026 年 1 月 26 日，一项发表于《自然-天文学》（Nature Astronomy）的研究又将人们对暗物质的研究向前推进了一大步：科学家利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）数据，绘制出了有史以来分辨率最高、细节最丰富、覆盖范围最广的暗物质和星系图谱。

该地图的分辨率是此前哈勃空间望远镜所绘图谱的两倍，能够提供更清晰的暗物质分布视图，包括新发现的暗物质团块和连接星系团的细丝结构。这一地图展示了暗物质与可见的普通物质相互重叠和交织，在塑造宇宙大尺度结构中扮演着极为关键的角色。

（来源：NASA/STScI/J.）

图谱聚焦于天空中一片被称为“宇宙演化巡天”（COSMOS）的区域。该区域位于六分仪座，覆盖天空约 2.5 倍满月面积，是宇宙中被研究最深入的区域之一。过去几十年间，全球科学家群体至少用至少 15 台地面和空间望远镜（包括哈勃、韦布、钱德拉 X 射线望远镜、斯皮策红外望远镜等）观测过该区域。

他们的目标是精确测量 COSMOS 中普通物质的位置，并将其与暗物质的位置进行比较。直到 2007 年，在一项由英国杜伦大学天体物理学家理查德·马西（Richard Massey）和 NASA 喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家杰森·罗兹（Jason Rhodes）主导的研究中，天文学家们用 NASA 哈勃太空望远镜的数据绘制出了该地区的第一张暗物质地图。

十九年后，理查德重返这片区域，和团队一起，用更好的设备、更强大的数据更新了这一暗物质图谱。研究人员利用韦布望远镜进行了约 255 小时的深度观测，在数百万光年宽的星系团中识别出近 80 万个星系，比地面天文台的地图多 10 倍，比哈勃空间望远镜（HST）的地图多两倍。

为了精确测量区域内多个星系间的距离，他们还使用了由 JPL 设计、发射和管理的韦伯中红外仪器（MIRI）以及其他空间和地面望远镜。其中，MIRI 的波长优势使其尤为擅长探测被宇宙尘埃云遮蔽的星系。

（来源：NASA/STScI/A. Pagan）

通过分析这些遥远星系发出的光线在穿过空间时发生的极其微小的形变——即“弱引力透镜效应”，科学家成功逆推并还原了暗物质的分布。论文第一作者、JPL 的天体物理学博士后戴安娜·斯科尼亚米利奥（Diana Scognamiglio）解释称，就像透过一块扭曲的窗玻璃观察窗外的景色，虽然景象发生了形变，但通过分析形变规律，我们可以精确测算出窗玻璃本身的质地与形状。

通过对比暗物质、热气体排放和星系的分布规律，研究人员发现，暗物质与普通物质之间存在相当高的重合度。数据显示，在成千上万个星系聚集的巨大星系团处，总能发现同样巨量的暗物质；而在连接星系团的纤细普通物质“长链”上，暗物质也如影随形。

理查德形容道：“暗物质与普通物质并不仅仅是形状相似，它们始终处于同一位置，相伴成长。”这种高度的一致性有力地证明了暗物质是宇宙的“隐形脚手架”，正是它的引力拉扯着普通物质，才促成了星系、恒星乃至行星的诞生。

在这张图谱中，我们甚至可以看到约 100 亿年至 110 亿年前的宇宙暗物质团块，那是宇宙的“正午”时期，恒星和星系正处于形成高峰期。研究表明，暗物质在宇宙早期率先发生聚集，形成引力陷阱，从而加速了普通物质的坍缩和早期恒星的诞生，将早期宇宙中的氢和氦转化为更丰富的元素。

这种“加速”作用对于生命的出现至关重要。杰森推测，如果没有暗物质，宇宙中的首批恒星可能无法及时产生足够的重元素来构成像地球这样的复杂行星。从这个意义上讲，暗物质虽然在日常生活中难以察觉、影响不大，却“暗中”塑造了整个宇宙，甚至是地球生命得以存在的前提。

通过韦布望远镜，人类终于能够看清支撑宇宙的脊梁，而这也为解决宇宙膨胀等更大尺度的科学谜题奠定了基础。下一步，研究团队计划通过分析结构间的距离，将这张二维地图升级为三维动态模型。

此外，斯科纳米利奥计划利用今年即将发射的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），对比 COSMOS 区域大 4,400 倍的范围进行测绘，其分辨率虽不如 JWST，但有望揭示暗物质的基本属性及其在漫长宇宙历史中的演变。

（来源：NASA/Jolearra Tshiteya）

东北大学物理学助理教授、该研究的参与者杰奎琳·麦克利里（Jacqueline McCleary）表示，他们的团队将继续通过普通物质和暗物质图谱，深入调查宇宙中暗物质的数量、星系的组装以及宇宙膨胀的程度。

要想实现更精细的暗物质观测，可能仍需等待宜居世界天文台（Habitable Worlds Observatory）等下一代超高精度望远镜投入使用。暗物质的真实本质仍然是“当今科学界最大的悬而未决问题之一”，人们对宇宙真相的探索远未结束。

参考资料：

1.https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-reveals-new-details-about-dark-matters-influence-on-universe/

2.https://www.jpl.nasa.gov/images/pia26703-dark-matter-revealed-in-webb-hubble-observations/

3.https://apnews.com/article/dark-matter-galaxies-map-james-webb-telescope-150691a1349cd39961ca24ab0e87c688

4.https://www.scientificamerican.com/article/jwst-unveils-most-intricate-map-yet-of-cosmic-dark-matter/

5.https://news.northeastern.edu/2026/01/26/dark-matter-map/

6.https://www.nature.com/articles/s41550-025-02763-9

7.https://www.nature.com/articles/nature05497

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