天文学家绘制出迄今最详尽的暗物质分布图，揭示了在恒星和星系形成之前就已塑造宇宙的隐形骨架。这项研究利用美国国家航空航天局詹姆斯·韦布空间望远镜的最新强力观测数据，展示了暗物质如何将普通物质聚集为致密区域，为银河系等星系乃至最终地球这类行星的形成创造了条件。
这项研究由包括英国杜伦大学天文学家在内的团队完成，为理解暗物质这一不可见的物质如何帮助聚集普通物质，从而形成像银河系这样的星系，并最终形成像地球这样的行星，提供了新的见解。
研究结果基于美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜（韦伯）的最新观测，并发表在《自然天文学》期刊上。
这项国际研究由杜伦大学、美国宇航局喷气推进实验室（JPL）和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）共同领导。
暗物质如何塑造我们今天看到的宇宙
这张新创建的地图证实了早期研究，同时揭示了关于暗物质与构成我们所能看到、触摸和互动的一切事物的普通物质之间关系的更精细细节。
在宇宙之初，暗物质和普通物质可能都稀薄地散布在空间中。科学家认为暗物质首先开始聚集在一起。它的引力随后拉入普通物质，创造了恒星和星系可以开始形成的致密区域。
这个过程决定了今天星系在宇宙中分布的总体格局。通过让星系和恒星比原本可能的时间更早形成，暗物质也为行星的发展创造了必要条件。没有这种早期影响，生命所需的元素可能永远不会在我们的银河系中形成。
研究共同主要作者、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的Gavin Leroy博士说："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可见物质，直至使得星系、恒星，乃至生命本身的出现成为可能。"
"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，逐步组织了我们在望远镜中观察到的结构。"
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。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。这张新地图比以往任何时候都更清晰地显示了这种效应。关键证据之一是暗物质地图与普通物质地图的吻合程度。
研究人员表示，韦伯的观测表明，这种对齐并非偶然。相反，它反映了在整个宇宙历史中，暗物质的引力将普通物质拉向自身的过程。
研究合著者、杜伦大学物理系计算宇宙学研究所的Richard Massey教授说："今天你在宇宙中找到普通物质的任何地方，也都会找到暗物质。"
"每秒都有数十亿个暗物质粒子穿过你的身体。这没有任何伤害，它们注意不到我们，只是继续穿行。"
"但是银河系周围整个旋转的暗物质云拥有足够的引力来维系我们整个星系。没有暗物质，银河系会旋转解体。"
韦伯对宇宙的深邃视野
该地图覆盖了大约相当于满月大小2.5倍的天区，位于六分仪座。
韦伯观测该区域约255小时，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，进而弯曲从遥远星系传播到地球的光线——就好像光线穿过了一块变形的窗玻璃。
由此产生的地图包含的星系数量大约是早期地基望远镜对同一区域观测的十倍，是哈勃太空望远镜观测结果的两倍。它揭示了新的暗物质集中区域，并对哈勃先前观测过的区域提供了更清晰的视图。
研究共同主要作者、美国宇航局喷气推进实验室的Diana Scognamiglio博士说："这是我们用韦伯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，我们看到的是一幅模糊的暗物质图像。现在，得益于韦伯令人难以置信的分辨率，我们正以惊人的细节看到宇宙那不可见的脚手架。"
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的中红外仪器（MIRI）。
杜伦大学河外天文学中心为MIRI的研发做出了贡献，该仪器由喷气推进实验室设计、管理直至发射。该仪器在探测隐藏在厚厚宇宙尘埃云后面的星系方面特别有效。
该团队计划利用欧洲空间局（ESA）的欧几里得望远镜和美国宇航局即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，将他们的工作扩展到绘制整个宇宙的暗物质地图。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在宇宙时间尺度上是如何演化的。
本研究中分析的天区将作为一个参考点，使得未来的暗物质地图能够进行更精确的比较和完善。
这项最新研究由美国宇航局、英国研究理事会/科学技术设施委员会（STFC）、瑞士联邦教育研究和创新秘书处（SERI）、英国研究理事会/科学技术设施委员会中央激光设施（位于STFC卢瑟福阿普尔顿实验室）以及法国国家空间研究中心资助。