科学家首次绘制暗物质的三维立体

据《新科学家》等媒体1月8日报道，暗物质是看不见的，但通过引力拖拉平常物质而使它的原形毕露。暗物质是较平常物质多6倍，约占宇宙总量的四分之一。电脑模拟结果表明，暗物质团的形成会吸引周围的气体，将它们浓缩并形成星系和星系群。暗物质是宇宙中首个清晰结构的种子，即宇宙起源于这种非常统一的物质。但暗物质的这种成团过程一起没有观察证实过。如今，天文学家绘制了随时间演变的暗物质和平常物质的变化图。美国宇宙演化观察（COSMOS）小组组长尼克-斯柯维乐综合世界领先天文台三年来的数据，绘制了暗物质的三维立体图。

暗物质三维立体图

常规物质（红、左）与暗物质（蓝、右）的人为加色对比图

21世纪初科学最大的谜是暗物质和暗能量。暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。为形象地展现暗物质的样子，继去年８月科学家发现宇宙暗物质存在的直接证据后，欧洲和美国的科学家又利用相同的技术，首次绘制暗物质的三维立体图，以揭示这些神秘物质是如何随宇宙一同发展的。结果证实，暗物质提供了脚手架的作用，让一般物质聚集起来，形成星系和星系群。此结论发表在1月7日于美国西雅图举行的第209届美国天文学会和1月5日出版的《自然》杂志上。

暗物质三维立体演化图

决定暗物质分布的关健是重力透镜效应。在这种效用下，来自遥远天体的光线受中间浓缩物质的重力影响而弯曲。由此，暗物质虽然不能直接看到，但可以通过其后面星系因其重力而变歪曲的图像来推断它的存在。　

最大的观测结果

哈勃太空望远镜(HST)在其执行的最大观测中，绘制了相当于九个满月大的一片天空的扭曲图像。这在哈勃的二年多观测中，花了其100小时、约10%的时间来完成这一观测。

美国夏威夷莫纳克亚山上的昴星望远镜（Subaru）和智利的极大望远镜测量了哈勃看到的来自星系的光线的光谱。XMM-Newton X射线卫星在绘制星系和星系群间的气体时帮了大忙。结合所有这些数据，天文学家绘制出了暗物质导致的弯曲光线的图表，从而揭示出这片被观测的天空的暗物质的分布情况。

通过仔细测量不同扭曲星系之间的距离，科学家还能测量出暗物质扭曲光线的有效距离。测量的结果导致获得了平常物质与暗物质的三维立体图。在此图中，明亮的星系就像发光的珠宝一样埋在其中。此图像不仅横跨空间，还横跨时间，可追溯到宇宙只有一半年纪的时候。

展现出更早年代的宇宙

虽然平常物质的三维立体之前就有了，但暗物质的立体图还是首次出来。由于它能将光线传播更远，因此暗物质的三维立体图比平常物质立体图能展现更早年代的宇宙。这让研究人员能跟踪暗物质在大约65-35亿年前期间的变化情况。

宇宙演化观察小组成员理查德-埃利斯表示，结果证实了像星系这种结构形成的标准理论。“我们看到了暗物质随时间成长成团的过程。当暗物质成更大的团时，平常物质也会加入其中。”埃利斯说，随着平常物质腾出空间，越缩越小，就形成了星系和星系群。

跨越时空的立体图

此立体图还显示了暗物质结构随时间的变化。研究人员根据他们观察到的星系离我们的距离远近，将它们分成三组或层，就像医生对人体扫描一样。星系的距离是通过其光线的红移来确定的。天文学家把天体的光谱向长波（红）端的位移叫做红移。当一个天体发射的光所显示的红移越大，该天体的距离就越远。当宇宙膨胀、恒星和星系继续离我们而去时，它们发出的光的光波就越长，光线就越红。由于时空与宇宙紧密相关，当天体红移越大时，宇宙就越小越年轻。

在观测中，来自距我们最远一组的星系的光线对应的时间正好是宇宙只有65亿年岁的时候，大约是宇宙预测年岁150亿年的一半。这种古老的光得比距离我们最近的一组星系的光走得更远，穿越更多的暗物质。

通过结合三组星系的数据，研究人员制造了这一片天空中暗物质外形和位置的三维立体图。新图揭示了随时间变迁，宇宙从早期到现在的过程和暗物质越来越成块、越来越不纤细的过程。新图可望帮助科学家回答宇宙的一个大问题：暗物质是什么？

还有问题存在

暗物质与平常物质之间的差异让科学家兴致大发。一些区域显示，暗物质团里没的星系，科学家推测，这可能是超新星消除了这一区域的平常物质。其它区域表明，没有相应的暗物质团的地方，平常物质也浓缩了。也就是说，在以暗物质为骨架的宇宙，有时没有骨头的地方也长有肉，而有骨头的地方却没有肉。这一点令科学家大为困惑。但斯柯维乐表示，宇宙演化观察的这一结果对下一步研究很重要。宇宙演化观察小组正在收集更多数据，来解开这一困惑。

此外，虽然此三立体图是至今最大最详细的宇宙，但可惜的是只是一小片天空。而整个天空的观测则需要全部宇宙的图片。最大的问题是得开清楚暗物质到底由什么组成。对此，这次发现没有说什么。未来研究将解决这些问题。