漆黑的深空，有一張“看不見”的網(wǎng)，網(wǎng)中有著許多的細絲，彷佛鉤織了整個宇宙。

多年來，通過天文學(xué)家不斷努力探索，我們知道了星系之間宇宙細絲的存在，也了解到這些肉眼看不到的巨大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，就像宇宙間的超級高速公路，將物質(zhì)傳送到密集中心(如星系團)。然而，關(guān)于宇宙網(wǎng)存在的許多證據(jù)仍然是偶然的，因為很難看到，讓人難以捉摸，所以又充滿誘惑。

近日，來自美國一所研究機構(gòu)的天文學(xué)家在arXiv.org網(wǎng)站上公布了他們在研究宇宙網(wǎng)方面取得的重大進展，宇宙網(wǎng)中難得一見的細絲，終于露出了些真容。

細絲并非完全黑暗

宇宙中大約85%的物質(zhì)是由一種未知的、看不見的“暗物質(zhì)”構(gòu)成。據(jù)悉，在宇宙中有兩種宇宙網(wǎng)，一種是由暗物質(zhì)構(gòu)成的“黑暗”宇宙網(wǎng)，另一種是主要由氫氣組成的發(fā)光宇宙網(wǎng)。科學(xué)家認為在大爆炸時所產(chǎn)生的氫，有60%存在于這些宇宙網(wǎng)中。星系很可能形成于兩個或者多個絲狀物的交點，那里的物質(zhì)密度最大，絲狀物連接著宇宙中的星系團。而此次研究的核心對象，便是位于多個宇宙細絲結(jié)構(gòu)的結(jié)點、位于密集暗物質(zhì)團塊中心的LRG(亮紅星系)。

研究團隊拍攝了數(shù)千張LRGs圖像，將它們重新排列、堆疊在一起，形成一幅合成圖像，并從重子聲波振蕩光譜巡天項目數(shù)據(jù)中獲取了LRGs的星表目錄。

利用這張疊加圖像，研究人員計算了他們所能看到所有星系的總亮度，進而測量有多少正常物質(zhì)構(gòu)成了LRG之間的細絲，從而通過總光度推算常規(guī)物質(zhì)的總質(zhì)量。

接著，研究人員觀察了細絲后面的星系，特別是它們的形狀。當(dāng)這些遙遠的背景星系發(fā)出的光線穿過前景的細絲時，細絲中暗物質(zhì)的微弱引力使這些光線產(chǎn)生偏折，從而輕微地改變了這些背景星系的形狀，這即為弱引力透鏡現(xiàn)象。通過測量此類形變的統(tǒng)計性質(zhì)，科學(xué)家們能夠估算出細絲中暗物質(zhì)的質(zhì)量，該測量結(jié)果與理論預(yù)測數(shù)據(jù)相一致。

另外，科學(xué)家們還報告了一個驚人的觀測結(jié)果：這些細絲并不是完全黑暗的，每351個太陽質(zhì)量的細絲，就有1個太陽的光度輸出。

開創(chuàng)新的“研究尺度”

中國科學(xué)院國家天文臺李楠博士說：“從學(xué)術(shù)上講，細絲是宇宙中除了星系和星系團等近橢圓結(jié)構(gòu)引力勢阱之外的另一種引力勢阱形式，形狀為長條狀，將星系連接成一張“蜘蛛網(wǎng)”，而細絲的連接點處為大質(zhì)量星系或星系團。宇宙中的細絲結(jié)構(gòu)是暗物質(zhì)粒子在自引力作用下成團過程的產(chǎn)物，也是宇宙學(xué)中暗物質(zhì)模擬的基本預(yù)言之一。”

李楠說，研究人員們用這個形變信號重構(gòu)了前景天體的引力場，然后再測量這些細線中的總光度，便能計算出細絲結(jié)構(gòu)的質(zhì)光比(質(zhì)量和光度之比)。

此次研究是否是暗物質(zhì)存在的確切證據(jù)?李楠認為：“細絲的發(fā)現(xiàn)是一個非常好的結(jié)果。但是，畢竟此次探測依然是基于引力透鏡效應(yīng)，而不是直接探測暗物質(zhì)粒子本身所產(chǎn)生的信號，所以我個人傾向于認為，這是一個證明暗物質(zhì)存在非常有力的間接證據(jù)。”

李楠說，其實在幾年前就已經(jīng)有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細絲，此次研究的創(chuàng)新之處在于第一次測量了細絲結(jié)構(gòu)的質(zhì)光比，這為未來研究細絲的其他性質(zhì)提供了可參考的錨定點。

對于宇宙細絲的觀測之所以這么艱難，一方面是由于大氣擾動，會使星系的原始形狀信號變得模糊;另一方面，目前望遠鏡的觀測能力不足也直接影響到觀測圖像的質(zhì)量和弱引力透鏡信號的可用數(shù)目。未來，隨著觀測圖像分辨率的增加，可觀測的亮度極限越來越暗，圖像質(zhì)量和信號數(shù)目都會有所提高，信噪比就會越來越高，未來會有越來越清晰的關(guān)于宇宙細絲質(zhì)量分布結(jié)果。

李楠表示，可以肯定地說，此次研究是一次非常有益的嘗試，它使宇宙結(jié)構(gòu)形成的研究尺度范圍更加完整，為人們更細致地研究宇宙提供了新的窗口。他說：“以前科學(xué)家們對大尺度結(jié)構(gòu)和星系團尺度的結(jié)構(gòu)都有過很好的研究，但對于宇宙細絲尺度，即大于星系團而小于宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的尺度結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究甚少，此次研究算是開了個先河。”

宇宙網(wǎng)的出現(xiàn)和星系的出生被認為是相互聯(lián)系的，理解其中一個可以為理解另一個提供很大的幫助。科學(xué)家希望通過對宇宙網(wǎng)的研究，進一步理解宇宙結(jié)構(gòu)和星系的形成與演化過程。

標(biāo)簽： 暗物質(zhì)存在