迄今最精細暗物質圖譜問世！詹姆斯·韋布望遠鏡重繪宇宙形成骨架

在浩瀚的宇宙中，我們肉眼可見的星辰、行星乃至人類自身，僅占宇宙物質總量的約 5%。還有 27% 左右由一種既不發光、也不阻擋、反射或吸收光的神秘物質組成——暗物質。這種物質如同幽靈般穿過普通物質，無法直接觀測，卻通過引力主宰著宇宙的結構。科學家們只能通過其引力對周圍普通物質的影響來推斷其存在。剩余部分則是同樣神秘的暗能量。

圖丨相關論文（來源：Nature Astronomy）

2026 年 1 月 26 日，一項發表于《自然-天文學》（Nature Astronomy）的研究又將人們對暗物質的研究向前推進了一大步：科學家利用美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）數據，繪制出了有史以來分辨率最高、細節最豐富、覆蓋范圍最廣的暗物質和星系圖譜。

該地圖的分辨率是此前哈勃空間望遠鏡所繪圖譜的兩倍，能夠提供更清晰的暗物質分布視圖，包括新發現的暗物質團塊和連接星系團的細絲結構。這一地圖展示了暗物質與可見的普通物質相互重疊和交織，在塑造宇宙大尺度結構中扮演著極為關鍵的角色。

（來源：NASA/STScI/J.）

圖譜聚焦于天空中一片被稱為“宇宙演化巡天”（COSMOS）的區域。該區域位于六分儀座，覆蓋天空約 2.5 倍滿月面積，是宇宙中被研究最深入的區域之一。過去幾十年間，全球科學家群體至少用至少 15 臺地面和空間望遠鏡（包括哈勃、韋布、錢德拉 X 射線望遠鏡、斯皮策紅外望遠鏡等）觀測過該區域。

他們的目標是精確測量 COSMOS 中普通物質的位置，并將其與暗物質的位置進行比較。直到 2007 年，在一項由英國杜倫大學天體物理學家理查德·馬西（Richard Massey）和 NASA 噴氣推進實驗室（JPL）的天體物理學家杰森·羅茲（Jason Rhodes）主導的研究中，天文學家們用 NASA 哈勃太空望遠鏡的數據繪制出了該地區的第一張暗物質地圖。

十九年后，理查德重返這片區域，和團隊一起，用更好的設備、更強大的數據更新了這一暗物質圖譜。研究人員利用韋布望遠鏡進行了約 255 小時的深度觀測，在數百萬光年寬的星系團中識別出近 80 萬個星系，比地面天文臺的地圖多 10 倍，比哈勃空間望遠鏡（HST）的地圖多兩倍。

為了精確測量區域內多個星系間的距離，他們還使用了由 JPL 設計、發射和管理的韋伯中紅外儀器（MIRI）以及其他空間和地面望遠鏡。其中，MIRI 的波長優勢使其尤為擅長探測被宇宙塵埃云遮蔽的星系。

（來源：NASA/STScI/A. Pagan）

通過分析這些遙遠星系發出的光線在穿過空間時發生的極其微小的形變——即“弱引力透鏡效應”，科學家成功逆推并還原了暗物質的分布。論文第一作者、JPL 的天體物理學博士后戴安娜·斯科尼亞米利奧（Diana Scognamiglio）解釋稱，就像透過一塊扭曲的窗玻璃觀察窗外的景色，雖然景象發生了形變，但通過分析形變規律，我們可以精確測算出窗玻璃本身的質地與形狀。

通過對比暗物質、熱氣體排放和星系的分布規律，研究人員發現，暗物質與普通物質之間存在相當高的重合度。數據顯示，在成千上萬個星系聚集的巨大星系團處，總能發現同樣巨量的暗物質；而在連接星系團的纖細普通物質“長鏈”上，暗物質也如影隨形。

理查德形容道：“暗物質與普通物質并不僅僅是形狀相似，它們始終處于同一位置，相伴成長?！边@種高度的一致性有力地證明了暗物質是宇宙的“隱形腳手架”，正是它的引力拉扯著普通物質，才促成了星系、恒星乃至行星的誕生。

在這張圖譜中，我們甚至可以看到約 100 億年至 110 億年前的宇宙暗物質團塊，那是宇宙的“正午”時期，恒星和星系正處于形成高峰期。研究表明，暗物質在宇宙早期率先發生聚集，形成引力陷阱，從而加速了普通物質的坍縮和早期恒星的誕生，將早期宇宙中的氫和氦轉化為更豐富的元素。

這種“加速”作用對于生命的出現至關重要。杰森推測，如果沒有暗物質，宇宙中的首批恒星可能無法及時產生足夠的重元素來構成像地球這樣的復雜行星。從這個意義上講，暗物質雖然在日常生活中難以察覺、影響不大，卻“暗中”塑造了整個宇宙，甚至是地球生命得以存在的前提。

通過韋布望遠鏡，人類終于能夠看清支撐宇宙的脊梁，而這也為解決宇宙膨脹等更大尺度的科學謎題奠定了基礎。下一步，研究團隊計劃通過分析結構間的距離，將這張二維地圖升級為三維動態模型。

此外，斯科納米利奧計劃利用今年即將發射的南?！じ窭姿埂ち_曼空間望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope），對比 COSMOS 區域大 4,400 倍的范圍進行測繪，其分辨率雖不如 JWST，但有望揭示暗物質的基本屬性及其在漫長宇宙歷史中的演變。

（來源：NASA/Jolearra Tshiteya）

東北大學物理學助理教授、該研究的參與者杰奎琳·麥克利里（Jacqueline McCleary）表示，他們的團隊將繼續通過普通物質和暗物質圖譜，深入調查宇宙中暗物質的數量、星系的組裝以及宇宙膨脹的程度。

要想實現更精細的暗物質觀測，可能仍需等待宜居世界天文臺（Habitable Worlds Observatory）等下一代超高精度望遠鏡投入使用。暗物質的真實本質仍然是“當今科學界最大的懸而未決問題之一”，人們對宇宙真相的探索遠未結束。

參考資料：

1.https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-reveals-new-details-about-dark-matters-influence-on-universe/

2.https://www.jpl.nasa.gov/images/pia26703-dark-matter-revealed-in-webb-hubble-observations/

3.https://apnews.com/article/dark-matter-galaxies-map-james-webb-telescope-150691a1349cd39961ca24ab0e87c688

4.https://www.scientificamerican.com/article/jwst-unveils-most-intricate-map-yet-of-cosmic-dark-matter/

5.https://news.northeastern.edu/2026/01/26/dark-matter-map/

6.https://www.nature.com/articles/s41550-025-02763-9

7.https://www.nature.com/articles/nature05497

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