李  然ManBetX官网在线登录

图①：“悟空”卫星在轨示意图。“悟空”卫星为暗物资径直和曲折探伤提供了多数脚迹。中国科学院紫金山天文台供图图②：中国500米口径球面射电千里镜(FAST)全景。2024年，FAST发现了6个距离地球约50亿光年的中性氢星系，通过探伤参谋中性氢，关于交融暗物资、暗能量属性，解读星系酿成和演化经由等具有热切意思。新华社记者  欧东衢摄图③：平素公里阵列射电千里镜先导式样MeerKAT射电千里镜，与其不雅测到的星河系中心的刚劲射电频段气泡示意图(合成像片)。新华社发图④：位于中国锦屏地下实验室二期的中国暗物资实验CDEX大型液氮恒温器(2020年摄)。新华社发

天地中存在多数产生引力却不发光的物资，这么的物资被称作“暗物资”，其总量远远升迁组成可见全国的物资。

前不久，中国科学院敷陈研判125个科学参谋前沿，轴子暗物资探伤位列其中。连年来，科学家应用东谈主工智能、量子工夫等探伤暗物资，也取得了可喜果真认。

暗物资对天地影响深切，那是一种看不见的力量，缄默鼓动着天地的演化。探伤和参谋暗物资，是一个拓展东谈主类贯通领域的经由，科学家不停提议新的表面和参谋步调，每一次新发现王人可能颠覆咱们对天地的清醒。本期“瞰前沿”情感暗物资参谋，了解一下阿谁充满趣味和心扉的暗物资全国。

——编 者

天地，降生于约137亿年前的大爆炸。在降生之初，天地处于高温、高密度、均匀的气象，跟着天地的推广、冷却，原子得以酿成，并在引力作用下蚁合。大爆炸后约1亿年，第一代恒星酿成，随之酿成的是恒星的蚁合体——星系。星系通过合并，吸积气体，迟缓成长。妍丽的星系全国就这么从无到有一步步酿成。

20世纪30年代以来，一系列天文不雅测显露，以妍丽群星为代表的原子物资只占据天地物资总量的很少一部分，天地中存在多数产生引力却不发光的物资，这么的物资被称作“暗物资”，其总量远远升迁组成可见全国的物资。

暗物资的存在对天地的结构演化和星系酿成至关热切。在天地早期，暗物资蚁合产生的引力提供了星系酿成所需要的引力势阱。如若暗物资不存在，那么咱们所处的星河系就无法酿成。因此，自其存在被不雅测细目以来，暗物资一直是天体裁最热切的参谋对象之一。

暗物资和原子物资不同，它不参与电磁相互作用，不发光，也不会被光照亮。不外，科学家约略基于暗物资引力效应，测绘其在天地中的散布，进而探索暗物资是什么。跟着新一代高精度天文不雅测要领参加使用，“隐形”的暗物资正在被更好地“看见”。

看不见摸不着，怎样测绘暗物资

天地模范的暗物资测绘主要有三类步调。

第一种步调，暗物资存在引力，这会影响天体的畅通，而天体的畅通不错通过光谱学步融合天体测量学步调“捕捉”。20世纪30年代，天体裁家弗里兹·茨威基恰是因为发现了星系团中星系的畅通速率太快，需要极度的物资来提供引力管束，进而意志到暗物资的存在。咫尺，对恒星、星团、星际气体云等天体的畅通测量，仍然是参谋星河系和周边星系内暗物资散布的最主要技能。

第二种步调，是通过引力透镜效应进行暗物资参谋，这亦然应用最为无为的暗物资测绘步调。凭证广义相对论，任何物资王人会有引力效应，约略使其周围的空间迤逦。远处星系发出的光，经过迤逦的天地空间来到地球，不雅测者看到的星系形态与其原本的形态比拟即是诬告的。这近似于透过玻璃透镜不雅察全国会看到诬告的风光，因此称作引力透镜效应。在大多数情况下，这种诬告相配渺小，被称作弱引力透镜效应。天体裁家通过精准测量指标天区里多数星系的形态，并进行统计分析，不错索求由暗物资带来的空间诬告信息，进而画图指标天区中的暗物资密度散布。此外，在配景星系、当作透镜的引力势场中心、不雅测者三者简直连成一线的情况下，不雅测者不雅察到的星系图像会有更浓烈的诬告，酿成爱因斯坦环、巨弧等强引力透镜风光。强引力透镜风光非凡恰当参谋天地小模范(1000光年—10万光年模范)的暗物资散布。

第三种步调，是利用星系当作示踪物来参谋暗物资在天地模范的散布。所有这个词的星系王人酿成在被称为“暗晕”的暗物资团块中，并跟着暗晕的质料增长和相互合并演化。如若咱们把星系在数千万光年空间模范上的散布画成一张图，这张图会呈现出蛛网般的形态，被称作“天地网”。天地网履行上呈现了暗物资散布的大模范结构。基于天地结构演化表面，科学家不错通过统计星系的空间散布、星系与星系之间的位置关联来参谋暗物资的宇不雅散布。

暗物资的“真模样”是什么

暗物资是一种基本粒子吗？它的静止质料是若干？怎样和其他粒子相互作用呢？这些问题，咫尺还莫得明确的谜底。

如若暗物资是一种粒子，那么它可能会衰变、消亡，从而可能转动为可不雅测的光子或其他可探伤的粒子。东谈主类探伤暗物资粒子不错“上天”探索：在天外中，好意思国的费米伽马射线卫星试图不雅测暗物资消亡产生的伽马光子，中国科学院主握研制的暗物资粒子探伤卫星“悟空”的指标则是不雅测暗物资可能转动酿成的高能电子/正电子；也不错“入地”探寻：在地下实验室，好意思国的暗物资探伤器LUX-ZEPLIN，欧洲的XENONnT实验和中国的“熊猫实验”(PandaX)、暗物资实验式样(CDEX)等则试图不雅察暗物资与普通物资碰撞产生的辉光。这些不雅测从多方面压缩了暗物资粒子的回避空间，匡助咱们迟缓接近暗物资粒子内容。

比拟于径直探伤暗物资粒子，天文不雅测更情感暗物资的性质。借助天地学高精度数值模拟，科学家不错将暗物资粒子的微不雅属性和暗物资在千万光年致使兆亿光年模范上的物资散布结构建造精准的关联，这就如并吞座建筑，用竹木、砖石建造也曾用钢筋建造，将影响到大楼的高度、形态等。反过来，天地物资散布的宏不雅结构，也不错用于参谋暗物资粒子的性质。

东谈主类咫尺关于暗物资的贯通，主要来自天体裁不雅测。通过天地微波配景辐射、天地大模范结构等不雅测，科学家细目暗物资的总量是可见物资总量的5倍以上。此外，暗物资粒子的性质必须允许天地结构以一种“品级成团”的形状酿成——小的结构先于大的结构酿成。这示意暗物资可能是一类质料很大的粒子，在天地早期具有较小畅通速率，恰当这么性质的暗物资被称为“冷暗物资”。

现时，天体裁前沿不雅测关于暗物资性质的探索，主要蚁合在两个方面。领先是暗物资粒子的质料，这个问题常被描摹为“暗物资究竟有多冷”。在天地中，越“冷”的暗物资，约略酿成越多的低质料暗晕。对强引力透镜、星河系星流等风光的不雅测，不错测量到质料相配低的暗晕。另一个方面是暗物资粒子怎样和其他粒子以及本身发生相互作用。这不错被形象描摹为“暗物资粒子会不会碰撞”。暗物资粒子的这一性质会影响到暗晕的里面结构，通过强、弱引力透镜和畅通学步调精准测量暗晕内的物资散布，将有助于了解暗物资粒子的“碰撞”才气。

咱们离暗物资的谜底还有多远

天体裁家现时但愿将不同的不雅测步调伙同起来，获取从太阳邻域到百亿光年模范暗物资散布的“松弛舆图”以参谋暗物资性质。这需要开展一种被称作“巡天”的普查式不雅测，用于系统、均匀地获取在地大物博空间中的天体图像、光谱信息，并从中索求星系能源学、引力透镜等信息，进而测绘暗物资散布。新一代空间天文旗舰级式样，包括欧洲航天局辐照的欧几里得千里镜、我国的巡天际间千里镜和好意思国的罗曼空间千里镜，王人将在天外开展高精度巡天不雅测。其中，我国将要辐照的巡天际间千里镜搭载了大视场巡天相机和多台天文精测探伤器，有望在暗物资测绘和暗物资性质参谋规模取得确认。

巡天际间千里镜的口径和哈勃千里镜终点，但一次可不雅测的天际范围远超好意思国辐照的哈勃千里镜和韦布千里镜，非凡恰当开展对天地的图像和光谱普查责任。如若说哈勃千里镜是长焦镜头，不错拍摄到远山上一头奶牛的明晰图像，巡天际间千里镜就好比广角镜头，不错一次性拍摄所有这个词这个词山上牛群的图像，况且其中任何一头牛的神色王人十分明晰。

除了巡天千里镜，我国还建成了一系列恰当开展暗物资参谋的大地千里镜，比如郭守敬千里镜，这是测量星河系内暗物资散布的热切要领；“中国天眼”500米口径球面射电千里镜(FAST)，可提供周边天地氢原子云的散布信息，这些氢原子云也不错当作暗物资的示踪体来搜索低质料的暗晕。此外，我国参与的大型海外协调式样“平素公里阵列”将在射电波段大开一扇测绘暗物资的“窗户”。

跟着新一代海量天文数据的赢得，在异日的10—20年，暗物资的天体裁测绘有望进入一个黄金时辰。现阶段咱们所作念的力争也许并不是为了来日或后天，而是为了更远处的异日，咱们期待约略着实交融暗物资全国。

(作家为北京师范大学教学、巡天千里镜科学责任纠合中心科学数据累赘科学家)

《 东谈主民日报 》( 2025年01月25日 06 版)ManBetX官网在线登录