这张图展示了由哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）（左）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）（右）观测到的COSMOS天区暗物质分布。叠加的等高线标记了暗物质密度相等的区域，突出了这种以蓝色显示的不可见物质最集中的地方。图片来源：加文·勒罗伊博士（Dr. Gavin Leroy）/理查德·马西教授（Professor Richard Massey）/COSMOS-Webb合作项目。
科学家们绘制出了有史以来最详细的宇宙暗物质分布图，揭示了它如何影响了恒星、星系和行星的形成。
这项研究涉及包括英国杜伦大学（Durham University）在内的天文学家，为我们理解这种不可见的物质如何帮助将普通物质聚集在一起，形成诸如银河系（Milky Way）这样的星系，并最终形成像地球这样的行星，提供了新的见解。这些发现基于美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜（Webb）的新观测结果，并发表在《自然·天文学（Nature Astronomy）》期刊上。这项国际研究由杜伦大学、NASA喷气推进实验室（JPL）和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）共同领导。
暗物质如何塑造了我们今天看到的宇宙
新绘制的地图证实了先前的研究，同时揭示了关于暗物质与构成我们所能看到、触摸和交互的一切的普通物质之间关系的更精细细节。
在宇宙初期，暗物质和普通物质可能都稀薄地散布在空间中。科学家们认为暗物质首先开始聚集。它的引力随后将普通物质拉入，创造了恒星和星系得以开始形成的致密区域。
这一过程设定了星系在当今宇宙中分布的整体模式。通过让星系和恒星比原本更早形成，暗物质也帮助创造了行星发展所需的条件。没有这种早期的影响，生命所需的元素可能永远不会在我们的星系内形成。
研究共同主要作者、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的加文·勒罗伊博士（Dr. Gavin Leroy）表示：“通过以前所未有的精度揭示暗物质，我们的地图展示了宇宙中一个不可见的组成部分如何构建了可见物质，直至促成星系、恒星乃至生命本身的出现。这张地图揭示了暗物质那不可见但至关重要的角色，它是宇宙真正的建筑师，逐渐组织起我们通过望远镜观察到的结构。”
通过引力探测不可见之物
暗物质无法被直接看到，因为它不发射、反射、吸收或阻挡光线。它也像幽灵一样穿过普通物质而不与之相互作用。它的存在是通过引力探测到的。新地图以前所未有的清晰度展示了这种效应。一个关键证据是暗物质地图与普通物质地图的吻合程度。
据研究人员称，韦伯望远镜的观测表明，这种一致性并非偶然。相反，它反映了暗物质的引力在整个宇宙历史中将普通物质拉向自身。
研究共同作者、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的理查德·马西教授（Professor Richard Massey）说：“今天在宇宙中任何你找到普通物质的地方，你也会找到暗物质。每秒有数十亿暗物质粒子穿过你的身体。没有伤害，它们没有注意到我们，只是继续前进。但是，环绕银河系的整个旋转的暗物质云团拥有足够的引力将我们整个星系维系在一起。没有暗物质，银河系会因自转而分崩离析。”
韦伯望远镜对宇宙的深邃视野
这张地图覆盖了天空中的一个区域，面积约为满月的2.5倍，位于六分仪座（Sextans）。韦伯望远镜对这个区域进行了大约255小时的观测，识别出近80万个星系，其中许多是首次被看到。为了定位暗物质，研究团队测量了其质量如何弯曲空间，这反过来又弯曲了从遥远星系传到地球的光线——就好像那光线穿过了一块扭曲的窗玻璃。
最终绘制的地图包含的星系数量大约是早期同一区域地面地图的十倍，也是使用哈勃太空望远镜绘制的地图的两倍。它揭示了新的暗物质集中区域，并对哈勃望远镜先前观测过的区域提供了清晰得多的视图。
研究共同主要作者、NASA喷气推进实验室的戴安娜·斯科尼亚米利奥博士（Dr. Diana Scognamiglio）说：“这是我们用韦伯望远镜制作的最大的暗物质地图，其清晰度是其他天文台制作的任何暗物质地图的两倍。以前，我们看到的是一张模糊的暗物质图片。现在，得益于韦伯望远镜令人难以置信的分辨率，我们正以惊人的细节观察宇宙不可见的脚手架。”
仪器与未来探索
为了改进地图中许多星系的距离测量，研究团队使用了韦伯望远镜的中红外仪器（MIRI）。杜伦大学的河外天文学中心为MIRI的开发做出了贡献，该仪器由喷气推进实验室设计并管理直至发射。该仪器在探测隐藏在厚厚宇宙尘埃云背后的星系方面特别有效。
该团队计划利用欧洲空间局（ESA）的欧几里得望远镜（Euclid telescope）和NASA即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），通过绘制整个宇宙的暗物质分布图来扩展他们的工作。这些未来的观测将帮助科学家更好地理解暗物质的基本特性以及它可能如何在宇宙时间中演化。本研究中分析的天空区域将作为一个参考点，使未来的暗物质地图能够以更高的精度进行比较和完善。
这项最新研究由NASA、英国研究理事会/科学与技术设施委员会（RCUK/STFC）、瑞士国家教育、研究与创新秘书处（SERI）、STFC卢瑟福·阿普尔顿实验室的RCUK/STFC中央激光设施以及法国国家空间研究中心（CNES）资助。
