一颗早期恒星的死亡 宇宙中一颗最早形成的恒星爆炸了，轰穿周遭不可见的暗物质团，把碳、氧等元素播撒到太空之中。这一计算机模拟场景显示，如果没有充足暗物质产生的引力，宇宙中也许根本不会形成恒星，更不可能形成得这样早（大爆炸后1亿年）。暗物质的真面目尚不确定。TOM ABEL AND RALF KAEHLER, STANFORD KAVLI INSTITUTE FOR PARTICLE ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY

撰文：蒂莫西·费里斯 Timothy Ferris

摄影：罗伯特·克拉克 Robert Clark

翻译：王晓波

　　曾有这么一种说法：以宇宙整体为研究对象的宇宙学家们“经常犯错却从不犯迷糊”，总是对自己的见解深信不疑。时至今日，他们犯错的次数变少了，心里的疑惑却是大到前所未有。

　　经过几十年的研究，用上了新式天文望远镜、光线感应器、计算机等科技利器，宇宙学家如今可以比较有把握地说，宇宙诞生于138.2亿年前，很可能是从比单个原子更小的起点扩张而来。他们首次完成了宇宙的背景辐射图谱——描绘宇宙年仅37.8万岁时所释放的光线——精确度超过0.1%。

　　但另一个结论是：他们从天空中看到的所有恒星和星系仅占可观测宇宙的5% ；剩下的主要部分是看不见的，由27%的暗物质和68%的暗能量组成，这两者都是谜一般的存在。据推测，星系之所以形成闪闪发光的盘状、旋臂状，勾勒出宇宙的宏观结构，靠的正是暗物质的雕琢之力，然而却没有人知道它的真面目。“暗能量”就更神秘了，这个名词被用来指代宇宙加速扩张背后的未知力量，并没有确切所指。科学家说它是“代表我们对宇宙宏观特性之认识盲区的通用标签”。

　　由上观之，今日宇宙学家一头雾水的处境颇似当年主持美国西部探索的托马斯·杰斐逊总统。1804年，他在委派路易斯和克拉克向未知的西部远征时，叮嘱他们留心猛犸象。杰斐逊和他的同时代人都知道，北美洲从密西西比河到太平洋之间是具有重要意义的广袤地区，但对于其中可能存在的物种生态却只有模糊的认识。

看不见的空间支架 我们无法看到暗物质，但我们置身于银河系内所看到的一切却都有赖于它的引力雕琢而成形。这幅由超级计算机完成的模拟图采取了外部视角，按照真实数据重构了银河系周边一带的暗物质网络。正是它的外力作用把各星系引导到当前的位置上。在巨大的阴暗枝蔓交叉之处就会有明亮星系群集，单是室女座星系团就包含着数千个。

　　率先隐约察觉到暗物质广泛存在的是瑞士天文学家弗里茨·兹维基，当时他在美国加利福尼亚州南部的威尔逊山天文台观察距地球3.21亿光年的后发座星系团，测量其外围星系围绕中心旋转的速度。他通过计算发现，该星系团中可见物质的质量远不足以把那些星系束缚在当时的轨道上；除非其中含有不可见的巨大质量，否则外围星系早就被甩飞了。他猜测，后发团能维持形态数十亿年之久，只能意味着“宇宙中有暗物质存在，而且密度比可见物质大得多”。迄今为止的后续研究已表明，如果不是暗物质产生的引力将早期宇宙的原始材料聚集起来，星系从一开始就不可能形成。

　　暗物质不会只是不够耀眼的普通物质，因为后者的分量差得太多。外太空当然有数以万亿计的由正常物质构成的晦暗天体——比如黑洞、矮星、低温气体云、从诞生地弹射出去的流浪行星——但任你怎么计算，它们也不可能累加到相当于明亮天体五倍的质量。因此科学家认为暗物质一定是以更奇特的材料构成的。超对称量子物理领域的理论家已提出了许多未被观测证实的物质变种，其中有的说不定就是暗物质真身。不过欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机（设于瑞士日内瓦附近）近期的一些实验结果排除了有些超对称形式存在的可能性，据说理论家圈子当中正普遍情绪低落。但大多数查探暗物质的科学家并不凭空揣测其确切身份，而是致力于寻找“弱相互作用大质量粒子”。

　　暗物质与正常物质之间及其自身之间的相互作用都异常微弱，研究者已从距地球30亿光年的子弹星系团（它其实由正处于相撞动态中的两个星系团组成）获得了这方面的证据。天文学家们借助美国宇航局的钱德拉X射线天文台绘制子弹星系团图谱，在其中心处发现了庞大的炽热气团，并将之归因于正常物质云团的相撞。但当他们测绘星系团重力场的时候，又发现有两个位点汇聚了更为巨大的质量，分别依附于相撞的双方，却离撞击中心较远。他们的结论是，虽然两个星系团的正常物质框架进行了极其璀璨的撞击与融合，它们所携带的更为沉重的暗物质却轻巧地穿越了祸事现场，不为所动，毫发不伤。

　　暗物质如此这般的高冷作风，使它极难被科学实验捕获——尽管有些学者猜想暗物质粒子无处不在，每秒钟都有数十亿个从我们每个人体内穿过。目前正在运作的暗物质侦测器都具有顶尖的技术精巧度，简直像沙皇的法贝热珠宝彩蛋，可以留给未来的考古学家当做珍品文物叹赏膜拜。

来自银河的讯息 美国宇航局一架绕地球轨道飞行的太空望远镜侦测到，从银河系中心发出了异常强烈的伽马射线（以叠加在这幅银河照片上的亮色斑代表）。这是什么造成的？物理学家特蕾西·斯勒提尔和同事们猜测，是暗物质粒子在星系核心附近互相撞击、湮灭而释放的能量。NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/A. MELLINGER, CENTRAL MICHIGAN UNIVERSITY, AND T. LINDEN, UNIVERSITY OF CHICAGO

暗物质透镜 此处绘出的蓝色图形都是扭曲过度的星系图像。这些星系距离地球比画面中央的明亮星系团远得多，后者所包含的暗物质（未显示）令遥远星系射向地球的光线弯曲而致图像失真。

率先在地球上捕获暗物质？ DEAP-3600可能是迄今最敏锐的暗物质侦测器，于去年在加拿大安大略省完成安装，藏于地下一千多米深处的某座镍矿之内。排成球形阵列的光感应器指向内部，对着充满液态氩的球心。研究者希望暗物质粒子在击中氩原子时能引发轻微的闪光。

（欲知完整故事，请阅读《华夏地理》2015年1月号）

原文链接：http://www.nationalgeographic.com.cn/magazine/2015/01/310.html