【菜科解读】

研究人员可以“清楚地看到这个横跨数亿光年的无形世界的特征”。

上图：质量更多（橙色）和更少（紫色）的区域显示了暗物质在宇宙中的分布。

科学家利用智利阿塔卡马宇宙望远镜的数据，绘制了一幅暗物质在天空四分之一的分布图。

这张地图显示了各个区域的质量分布，基本上是我们可以看到的最早的时间；

它使用宇宙微波背景作为暗物质肖像的背景。

该团队的研究将在日本京都举行的未来科学与 CMB x LSS 会议上公布。

剑桥大学宇宙学家布莱克·舍温（Blake Sherwin）在普林斯顿大学的一份新闻稿中说：“我们已经绘制了天空中最遥远的、看不见的暗物质的地图，并清楚地看到了这个数亿光年宽的看不见的世界的特征。

它看起来就像我们的理论预测的那样。

”

暗物质是一个包罗万象的术语，指的是占宇宙27%的物质，但它不能直接观测到。

我们只知道它在那里，不管它是什么，因为它的引力效应。

人们通过两种主要方法来探测暗物质：基于地球的实验和对宇宙的全面观测。

有很多实验试图在大量提出的暗物质候选者中识别暗物质，包括轴子和弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。

但观测暗物质的唯一方法是间接的，即在大尺度上观测它的引力效应。

进入阿塔卡马宇宙学望远镜，它更精确地确定了2021年的宇宙。

该望远镜的地图建立在今年早些时候发布的宇宙物质地图的基础上，该地图是使用暗能量巡天和南极望远镜的数据制作的。

这张地图支持了之前对普通物质与暗物质比例的估计，并发现物质的分布不像之前想象的那么呈块状。

这幅新地图关注的是爱因斯坦广义相对论的一个挥之不去的问题：宇宙中质量最大的物体，比如超大质量黑洞，是如何弯曲来自更遥远源头的光的。

其中一个光源就是宇宙微波背景光，这是最古老的可探测光，它来自大爆炸的余波。

研究人员有效地利用背景作为背光，照亮宇宙中密度更大的区域。

阿塔卡马宇宙学望远镜主任、普林斯顿物理学家苏珊娜·斯塔格斯（Suzanne Staggs）在大学发布会上说：“这有点像剪影，但剪影中不只是黑色，而是有纹理和暗物质块，就好像光穿过一块有很多结和疙瘩的织物窗帘。

”

物理学家苏珊娜·斯塔格斯补充说：“著名的蓝色和黄色 CMB 图像是宇宙在大约130亿年前一个时代的快照，现在它为我们提供了自那以后所有时代的信息。

”

上图：欧洲航天局普朗克天文台观测到的宇宙微波背景。

最近的分析表明，暗物质是块状的，足以符合宇宙学的标准模型，该模型都依赖于爱因斯坦的引力理论。

夏威夷大学的天文学家埃里克·巴克斯特（Eric Baxter）是2月份暗物质地图研究的合著者，他表示，他的团队的地图对低红移（意味着在最近的宇宙中接近）很敏感。

另一方面，新的地图只关注宇宙微波背景的透镜，这意味着更高的红移和更广泛的范围。

天文学家埃里克·巴克斯特说：“换句话说，我们的测量和新的ACT测量正在探测物质分布的不同（和互补）方面。

因此，新的结果并没有与我们之前的结果相矛盾，而是可能提供了一个重要的新拼图，关于我们的标准宇宙学模型可能存在的差异。

”

巴克斯特补充说：“也许宇宙在小尺度和最近的时间里（即我们分析的星系）比预期的要小，但与早期和更大尺度的预期是一致的。

”

新的仪器将有助于梳理出宇宙的物质分布。

根据普林斯顿发布的消息，阿塔卡马西蒙斯天文台即将推出的望远镜将于2024年开始运行，绘制天空地图的速度将比阿塔卡马宇宙学望远镜快近10倍。

有史以来最大的数码相机将安装在同样位于阿塔卡马的维拉·鲁宾天文台，这对地球上的天文台来说是一个激动人心的时刻。

暗物质托举星河 初代星系就此诞生

在宇宙大爆炸发生许久之后，宇宙空间慢慢降温趋于平稳，整个宇宙之中分布最广泛的物质，便是轻盈稀薄的氢原子与氦原子，无数原子相互聚拢，汇聚成一片片规模庞大、范围辽阔的氢氦分子云。

彼时的宇宙环境空旷辽阔，没有成型恒星，没有规整星系，只有漫天漂浮的气态星云，均匀散布在广阔时空之中，整个宇宙处于一片寂静空旷的状态。

这些庞大的氢氦分子云质地松散，密度极低，原本只会在宇宙空间里缓慢飘荡，很难依靠自身引力完成聚集收缩，自然也无法孕育出天体与星系。

就在气态星云漫无目的游离之时，潜藏在宇宙深处看不见的暗物质，开始发挥出至关重要的引力作用，悄悄改变着宇宙物质的分布格局。

暗物质本身无法被人类直接观测捕捉，却占据着宇宙极大的质量占比，并且在宇宙早期就已经率先完成聚集排布，在宇宙各处形成了疏密不一的暗物质引力网，众多区域渐渐形成暗物质高度密集的核心地带，如同在宇宙之中埋下无数无形的引力基石。

原本四处飘散的巨大氢氦分子云，最先感受到来自暗物质密集区域的强大引力拉扯。

不受实体形态束缚的引力不断向外扩散，一点点牵动周边零散的气态物质，原本四散游离的气体尘埃，开始缓缓朝着暗物质聚集最浓厚的方位不断靠拢聚集。

随着时间不断推移，越来越多的氢氦气体被持续吸引而来，源源不断汇入暗物质核心区域。

原本松散辽阔的分子云不断收拢范围，体积慢慢缩小，整体密度随之不断升高，星云内部的物质排布变得愈发紧实，原本轻盈涣散的气态结构，在长期引力束缚下愈发稳固。

大量气态物质持续堆积聚拢，星云内部的引力作用也随之不断变强，内部压强与温度稳步上升。

当聚集的物质体量达到临界数值之后，星云内部率先发生聚变反应，一颗颗初代恒星就此陆续诞生，零散的恒星相互依托聚集，再搭配周边环绕的气态物质与星际尘埃，慢慢搭建起最基础的天体群落结构。

依托暗物质强大的引力框架，聚拢而来的氢氦分子云不断演化整合，内部天体有序排布，外围气体物质层层包裹，不再是零散漂浮的星云状态，正式成型为宇宙诞生以来第一批结构完整、形态稳定的原始星系。

这一批初代星系，也是整个宇宙星河体系最早的雏形。

可以说暗物质就像是搭建宇宙星系的无形骨架，提前划定好了物质聚集的核心区域。

如果缺少暗物质带来的强大引力束缚，仅依靠普通物质自身微弱的引力，广袤的氢氦分子云很难完成大规模聚拢，初代星系的形成周期会无限拉长，甚至无法顺利成型。

正是暗物质搭建起宇宙早期的引力网络，牵引海量基础气态物质完成汇聚，才有了宇宙最早的星系雏形。

而这些最早诞生的星系，在漫长岁月里不断碰撞合并、演化成长，慢慢繁衍出更多恒星、行星以及各类星际天体，一步步勾勒出如今璀璨壮阔的宇宙星河版图。

暗物质可能是黑洞？所有星系或镶嵌在巨大黑洞球体中

最近，有科学家认为暗物质有可能是由宇宙早期的黑洞组成的，这一理论似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象　　在屏蔽所有已知的恒星，星系以及其他任何已知物质之后，对图像进行增强，我们便看到了一些不规则的斑块。

这就是所谓宇宙红外背景（CIB），其中颜色较浅的区域代表更为明亮的区域　　综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号　　 北京时间5月26日消息，据英国《每日邮报》报道，暗物质是构成宇宙很大一部分的神秘物质成分。

尽管知之甚少，但科学家们目前倾向于认为它是一种大质量的奇异粒子组成的物质，但关于这一点，我们还没有任何确凿的证据能够予以证明。

　　还有另外一种观点，认为暗物质实际上是在宇宙诞生初期就产生的黑洞组成的，也就是所谓的原初黑洞。

而现在，美国宇航局的科学家们开展的一项研究表明，后一种观点似乎与红外波段以及X射线波段的宇宙学观测结果相吻合，并且能够解释黑洞合并时的一系列现象。

　　美国宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家亚历山大·卡林斯基（Alexander Kashlinsky）表示："这项研究的主要目的是将目前存在的各类观点和实际观测数据相互验证，看看两者之间是否吻合。

结果我们发现这一理论与观测的吻合度惊人的好。

"他说："如果这一理论最终被证明是正确的，那么所有的星系，包括银河系在内，实际上可能都是镶嵌在一个巨大的黑洞球体包围之中，每一个黑洞的质量都相当于大约30倍太阳质量左右。

" 　　在2005年，卡林斯基率领一个天文学家小组，利用美国宇航局的斯皮策空间望远镜对一个天区的红外波段背景进行了观测。

他们报告称在这一红外背景中观测到一些亮度异常的斑块，他们认为这有可能是130亿年前宇宙诞生初期最早的一批恒星发出的光芒。

后续观测确认，在天空的其他区域同样能够观测到"宇宙红外背景"（CIB）中类似的隐藏结构。

　　大约8年后，另一项研究致力于对美国宇航局钱德拉X射线望远镜的所谓"宇宙X射线背景"（CXB）数据进行分析，并将这一结果与同一天区的CIB红外波段数据进行对比。

　　研究组发现最初一批恒星发出的主要是可见光和紫外光，由于宇宙膨胀，这些光线的波长被拉长，从而变成了红外光，因此应该不会在X射线波段背景中产生重要的影响。

　　然而，低能X射线波段中显示的异常斑块特征与红外波段背景中显示的斑块特征几乎完全相同，而唯一在能级跨度上能够涵盖整个波长范围的已知天体就只有黑洞。

　　因此，研究组得到结论认为，早期宇宙中应当存在着大量原初黑洞，它们贡献了宇宙红外背景中至少1/5的红外辐射源。

　　目前美国宇航局正在对这一问题进行研究，作为阿尔法磁谱仪（AMS）和费米伽马射线空间望远镜的研究对象之一。

　　卡林斯基表示："这些研究正在得到越来越高的灵敏度，逐渐缩小暗物质粒子参数的各项不确定性。

"他说："搜寻暗物质的不成功让我们对暗物质的本质可能就是原初黑洞的猜想产生了愈发浓厚的兴趣。

" 　　物理学家们此前总结出了几条理论，能够解释高温且处于迅速膨胀状态中的早期宇宙如何能够 在宇宙大爆炸之后的数千分之一秒内产生原初黑洞。

而相关理论也显示，宇宙的年龄越老，那么能够形成的黑洞质量就能越大。

但由于能够产生这类黑洞的窗口期持 续时间非常短暂——只有大爆炸之后最初的一瞬间——远远不到一秒钟的时间——因此科学家们认为原初黑洞的质量应该都差不多大，它们相互之间的质量差异会很 小。

　　去年9月14日，一对13亿光年外的黑洞合并过程所产生的引力波信号被设在美国的"激光干涉引力波天文台"（LIGO）观测到。

这一事件标志着人类首次直接探测到引力波信号。

　　这一信号也让LIGO的科学家们得以据此计算出这两个黑洞中单个黑洞成员的质量——结果显示分别为29倍和36倍太阳质量，误差约为±4倍太阳质量。

研究人员们认为这样的黑洞质量实际上大的有些让他们意外，并且两者间的差值也出乎意料地小。

卡林斯基表示："取决于起作用的何种机制，原初黑洞的性质可以与LIGO所探测到的这两个黑洞非常相似。

"他说："如果我们假定事实的确如此，也就是LIGO捕捉到了发生在早期宇宙中两个黑洞的合并信号，那么我们就可以观察，这件事将会对我们有关宇宙最终如何演化的认识产生什么样的影响。

" 　　在今年5月24日发表的一篇最新论文中，卡林斯基分析了如果假定暗物质的本质实际上就是类似LIGO所探测到的那类黑洞的话，事情将会如何发展。

　　黑洞的存在扭曲了早期宇宙中的质量分布，这一结果产生的微小震荡在数亿年之后，当最初一批恒星开始形成时产生了显著的影响。

　　在宇宙诞生之后的最初5亿年内，所谓的"常规物质"的温度仍然太高，因而难以聚集形成最早的恒星。

　　暗物质则不同，它们不会受到高温的影响，因为它基本上只与引力发生作用，与其他因素之间几乎不产生任何影响。

于是，在相互间的引力作用下，暗物质最先开始聚集，并形成所谓的"超小晕"（minihaloes）结构。

这种质量团块提供了一种引力"种子"，让后来的常规物质得以被吸引并附着其上——大量的高温气体开始在引力作用下向着这些超小晕结构聚集，随着温度的下降，这些逐渐聚拢的常规物质发生进一步凝聚和塌缩，第一批的恒星就此诞生了。

　　卡林斯基的工作表明，如果黑洞的确是组成暗物质的重要成分，那么这一过程的发生将会迅速的多，并进而产生在斯皮策望远镜探测到的CIB数据中的那种斑块不均一性特点，即便只有很小一部分的"超小晕"结构最终能够产生恒星，情况也是一样。

　　随着空间中的气体物质向"超小晕"聚集，组成这些"超小晕"的黑洞自然而然的将会吞噬掉其中的一部分气体物质。

　　而物质朝着黑洞盘旋下降的过程将会产生加热并释放X射线。

综合起来考虑，最初一批恒星产生的红外波段辐射以及物质朝着黑洞下降过程中产生的X射线辐射将能够解释钱德拉与斯皮策空间望远镜所观测到的CIB以及CXB斑块不均一信号。

　　偶然的，有些原初黑洞可能会相互运动到比较接近的位置上，从而互相吸引并成为一个相互绕转的双黑洞系统。

这样一个系统将会不断释放引力波信号，在此过程中丢失轨道动能并不断相互接近，最终，两者将会发生合并成为一个质量更大的黑洞，就像LIGO在去年所探测到的那样。

　　卡林斯基表示："未来LIGO的后续观测工作将告诉我们更多有关宇宙中黑洞数量的信息。

相信在不久之后，我们就将能够了解到，关于黑洞与暗物质关系的理论是否是正确的。

"