宇宙網研究獲新進展，暗物質存在再添佐証

漆黑的深空，有一張“看不見”的網，網中有著許多的細絲，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狀結構，就像宇宙間的超級高速公路，將物質傳送到密集中心（如星系團）。然而，關於宇宙網存在的許多証據仍然是偶然的，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的天文學家在arXiv.org網站上公布了他們在研究宇宙網方面取得的重大進展，宇宙網中難得一見的細絲，終於露出了些真容。

細絲並非完全黑暗

宇宙中大約85%的物質是由一種未知的、看不見的“暗物質”構成。據悉，在宇宙中有兩種宇宙網，一種是由暗物質構成的“黑暗”宇宙網，另一種是主要由氫氣組成的發光宇宙網。科學家認為在大爆炸時所產生的氫，有60%存在於這些宇宙網中。星系很可能形成於兩個或者多個絲狀物的交點，那裡的物質密度最大，絲狀物連接著宇宙中的星系團。而此次研究的核心對象，便是位於多個宇宙細絲結構的結點、位於密集暗物質團塊中心的LRG（亮紅星系）。

研究團隊拍攝了數千張LRGs圖像，將它們重新排列、堆疊在一起，形成一幅合成圖像，並從重子聲波振蕩光譜巡天項目數據中獲取了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構成了LRG之間的細絲，從而通過總光度推算常規物質的總質量。

接著，研究人員觀察了細絲后面的星系，特別是它們的形狀。當這些遙遠的背景星系發出的光線穿過前景的細絲時，細絲中暗物質的微弱引力使這些光線產生偏折，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象。通過測量此類形變的統計性質，科學家們能夠估算出細絲中暗物質的質量，該測量結果與理論預測數據相一致。

另外，科學家們還報告了一個驚人的觀測結果：這些細絲並不是完全黑暗的，每351個太陽質量的細絲，就有1個太陽的光度輸出。

開創新的“研究尺度”

中國科學院國家天文台李楠博士說：“從學術上講，細絲是宇宙中除了星系和星系團等近橢圓結構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”，而細絲的連接點處為大質量星系或星系團。宇宙中的細絲結構是暗物質粒子在自引力作用下成團過程的產物，也是宇宙學中暗物質模擬的基本預言之一。”

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

此次研究是否是暗物質存在的確切証據？李楠認為：“細絲的發現是一個非常好的結果。但是，畢竟此次探測依然是基於引力透鏡效應，而不是直接探測暗物質粒子本身所產生的信號，所以我個人傾向於認為，這是一個証明暗物質存在非常有力的間接証據。”

李楠說，其實在幾年前就已經有科學家發現了細絲，此次研究的創新之處在於第一次測量了細絲結構的質光比，這為未來研究細絲的其他性質提供了可參考的錨定點。

對於宇宙細絲的觀測之所以這麼艱難，一方面是由於大氣擾動，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量和弱引力透鏡信號的可用數目。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，圖像質量和信號數目都會有所提高，信噪比就會越來越高，未來會有越來越清晰的關於宇宙細絲質量分布結果。

李楠表示，可以肯定地說，此次研究是一次非常有益的嘗試，它使宇宙結構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：“以前科學家們對大尺度結構和星系團尺度的結構都有過很好的研究，但對於宇宙細絲尺度，即大於星系團而小於宇宙大尺度結構的尺度結構性質研究甚少，此次研究算是開了個先河。”

宇宙網的出現和星系的出生被認為是相互聯系的，理解其中一個可以為理解另一個提供很大的幫助。科學家希望通過對宇宙網的研究，進一步理解宇宙結構和星系的形成與演化過程。