詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示暗物质宇宙全景，清晰度前所未有

一个国际天文学家团队刚刚绘制出迄今为止最清晰的地图，描绘了一个没人能直接看到的东西。这是一幅关于暗物质的蓝图——这种看不见的、幽灵般的物质，其质量超过了所有的星星、行星和存在的人类。

发表在自然天文学上的新地图利用了詹姆斯·韦伯太空望远镜的新观察，目标是一个被广泛研究的天空区域，称为COSMOS领域。利用韦伯望远镜的清晰图像，团队重建了暗物质的分布，然后将这种隐藏的布局与我们可见的星系进行了比较。

“通过前所未有的精确度来揭示暗物质，我们的地图展示了宇宙中一个看不见的成分是如何构造可见物质的，从而最终使生命本身得以出现，”研究的共同首席作者、达勒姆大学物理系计算宇宙学研究所的加文·勒罗伊说。“这张地图揭示了暗物质不可见但至关重要的角色，它是宇宙真正的建筑师，逐渐组织着我们通过望远镜观察到的结构。”

如何看见看不见的事物

由于暗物质不发光、不反射光线，甚至不阻挡光线，所以你不能仅仅对着它用相机拍摄。相反，天文学家使用一种叫做‘弱引力透镜’的技术来寻找它的“指纹”。简单来说，他们观察暗物质的引力如何‘影响’光线。

他们使用的这种方法叫做 弱引力透镜。

想象一下，就像透过一扇波浪状的古老窗户。另一边的物体并没有消失，但看起来稍微被拉伸或扭曲。在这种情况下，‘窗户’指的就是引力本身。巨大的暗物质团块扭曲了时空的结构，弯曲了从遥远星系传来的光线，向我们移动。

通过测量每平方弧分（比手臂伸出时的沙粒还小的天空中）129个星系的微小扭曲，团队能够准确计算出隐藏的质量潜伏在哪里。

这场观察马拉松的成果非常显著。

宇宙的建筑师

“之前，我们看到的是模糊的暗物质图像，”NASA喷气推进实验室的共同首席作者戴安娜·斯科尼米利奥说。“现在我们能以惊人的细节看到宇宙的隐形支架。”

这个支架非常重要。根据现代宇宙学，暗物质最先聚集。它的引力就像一个宇宙陷阱，吸引“正常”物质来形成恒星和星系。没有它，宇宙就像一碗稀薄无序的汤。

“通过前所未有的精确度揭示暗物质的存在，我们的地图展示了宇宙中一个看不见的成分是如何影响可见物质的，”达勒姆大学的共同首席作者加文·勒罗伊说道。

正如达勒姆大学的理查德·马西所说，这种看不见的洪流无处不在，甚至在你体内。“每秒都有数十亿个暗物质粒子穿过你的身体而不被察觉，”马西指出。它们不会伤害我们；它们甚至不会注意到我们。但在宏观尺度上，这种“旋转的云”是唯一能阻止银河系自我崩溃的力量。

为什么要制作更清晰的暗物质地图？

除了作为一个很酷的“现实检验”，这些地图还帮助科学家验证他们关于暗物质究竟是什么的理论。不同的模型预测这些看不见的细丝会有不同的特征。拥有一个高分辨率的基准可以帮助研究人员判断哪些理论是正确的，哪些则应该被抛弃。

在另一个层面上，更精确的地图有助于测试关于暗物质本质的理论。一些模型预测了团块形成、光滑丝状物的外观，以及小尺度结构在宇宙演化过程中存活程度的微妙差异。作者将这张新地图描述为探测暗物质和大尺度结构增长的高分辨率的基准。

该团队已经在展望韦布望远镜之后的研究。来自欧洲航天局的欧几里得任务和美国国家航空航天局即将推出的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜的更大范围的调查旨在利用弱透镜效应覆盖更广阔的天空，绘制物质在宇宙演化过程中的分布。例如，罗曼预计将通过测量遥远星系中的弱透镜信号来绘制更大区域的暗物质，帮助填补关于暗物质分布和结构的空白。