詹姆斯·韋伯望遠鏡繪制迄今最精細暗物質地圖 涵蓋近80萬個星系

天文學家依托詹姆斯·韋伯空間望遠鏡最新觀測數據，繪制出人類目前精度最高的宇宙暗物質分布圖，首次在大尺度上清晰呈現出橫跨數十億光年的“宇宙骨架”和由暗物質構成的隱形纖維網絡。相關研究成果已發表于《自然·天文學》，團隊利用韋伯的紅外探測能力，對著名的COSMOS深空觀測區域中近80萬個星系進行了長時間觀測與統計分析，借此重建出暗物質如何自宇宙早期起主導大尺度結構形成的詳細圖景。

暗物質被認為約占宇宙總物質的五分之四，但本身既不發光也不吸收光，人類無法直接觀測，只能通過其對可見物質和光線的引力效應來“反推”其存在和分布。此次研究采用“弱引力透鏡效應”方法：當大尺度暗物質在宇宙中形成絲狀聚集時，其引力會輕微彎曲來自更遠處背景星系的光線，使這些星系在望遠鏡成像中產生細微拉伸、扭曲，猶如透過哈哈鏡或起伏水面看到的倒影。科研團隊在韋伯運行首年中對同一片天空累計凝視255小時，通過對數十萬背景星系形狀畸變的精確統計，反演出前景暗物質的分布，進而生成高分辨率的暗物質地圖。

這一觀測區域早在哈勃望遠鏡時代就因用于研究星系形成和團簇結構而聞名，如今韋伯的紅外儀器將視野進一步向更早的宇宙深處推進，捕捉到更古老、更暗弱的早期星系，使科學家得以在時間維度上向前追溯暗物質“搭建宇宙腳手架”的過程。研究負責人之一、美國宇航局噴氣推進實驗室的Diana Scognamiglio表示，新地圖在與以往觀測結果保持整體一致的同時，分辨率和細節都有顯著提升，讓宇宙大尺度結構的“隱形框架”首度以如此清晰的方式呈現出來。

通過疊加暗物質密度分布與星系分布，科研人員觀察到星系如同“串珠”般沿暗物質纖維排列，驗證了“重暗、輕明”的結構演化圖景：先是暗物質在宇宙早期形成不均勻團塊和絲狀結構，隨后其引力將普通物質不斷匯聚，其密度在局部區域累積到足以點燃恒星、形成星系與行星系統。參與研究的英國達勒姆大學物理學家Richard Massey形象地指出，暗物質構成了宇宙中一切結構的“引力腳手架”，銀河系等大型星系之所以能在數十億年間維持穩定，很大程度上正是“掛”在這張由暗物質織成的網之上。

新成果不僅提供了一幅震撼的宇宙“底圖”，也為未來探索暗物質本性奠定了重要觀測基準。未參與該研究的卡內基梅隆大學物理學家Rachel Mandelbaum指出，這批數據將長期為同行所利用，有助于回答宇宙物質如何分布、星系如何在暗物質框架下演化等基礎問題。接下來，歐洲航天局的Euclid空間望遠鏡、美國計劃中的Nancy Grace Roman望遠鏡，以及智利Vera C. Rubin天文臺等項目，將在更大天空區域、不同波段和更長時間尺度上開展巡天觀測，與韋伯提供的高精度暗物質地圖相互印證與補充，推動構建更完整的三維宇宙模型，并逐步逼近暗物質粒子質量、運動特性等關鍵物理屬性的真相。