科学家刚刚发现暗物质的隐藏宇宙指纹

在发表于《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)的一项新研究中，研究人员利用其声称有史以来最大样本的特殊星系——莱曼阿尔法发射星系（Lyman-alpha emitters），来研究数十亿年间星系如何聚集。通过该研究，他们加深了对星系如何与周围暗物质关联以及它们如何随时间演化的理解。

“分析这些‘指纹’使我们能洞察星系周围的暗物质质量，”该研究作者之一、罗格斯大学文理学院物理与天文学系特聘教授埃里克·加维泽（Eric Gawiser）表示。“本研究揭示的暗物质质量证实了以下观点：莱曼阿尔法发射星系演化成了现今类似我们银河系的星系。”

研究人员称，该分析评估了宇宙大爆炸后不久三个不同历史时期的宽视场图像，揭示了独特的模式，类似于宇宙指纹。这些模式指明了暗物质最集中的区域。

科学家指出，暗物质是一种不发光也不释放能量的神秘物质，虽不可见却构成了宇宙中的大部分物质。他们确认暗物质存在，因其引力影响着星系的运动方式以及这些庞大宇宙系统在空间中的排列分布。

这项由罗格斯大学博士生丹尼·埃雷拉（Dani Herrera）领导的研究，使用了ODIN（窄波段一百平方度DECam成像）巡天项目的数据。该大型天文项目旨在分析超过十万个莱曼阿尔法发射星系。

研究人员聚焦于来自名为“宇宙演化深场巡天”（COSMOS）天区的数据，该区域是迄今最大深度巡天项目之一。通过观测深空及遥远过去，他们研究了三个时期：分别约在大爆炸后28亿年、21亿年和14亿年。在这些时期，莱曼阿尔法发射星系处于年轻且活跃的恒星形成阶段，使其成为理想的研究标记。这些星系还含有能发出特殊辉光的氢气，使科学家得以在遥远宇宙中发现大量此类星系。

“我们希望找到驱动星系合并与成长的引力源——暗物质，”埃雷拉说。“了解其位置及演化过程有助于理解宇宙自身的演化。”

埃雷拉指出，暗物质在星系形成中起着关键作用，它作为“引力胶水”帮助气体聚集形成星系。其不可见的质量在空间中形成深引力势阱，星系得以在其中生长、合并和演化，从而形成宇宙的大尺度结构。

“我们利用这些星系的聚集性来识别暗物质最密集的区域，”加维泽说。“用等高线图将其可视化——类似徒步地图显示海拔高度的方式——使我们得以观测遥远宇宙中暗物质的‘指纹’。”

一项结果尤为突出：他们发现，能承载星系的暗物质致密区域中，有3%至7%包含莱曼阿尔法发射星系。这意味着莱曼阿尔法发射星系仅占暗物质最密集区域形成的星系中的一小部分。这一低比例暗示观测到的星系处于短暂阶段，其莱曼阿尔法辉光仅持续数千万到数亿年。

为揭示这些结果，研究人员采用了一种名为“成团性分析”（clustering）的技术，通过对比随机分布来测量星系的聚集程度。他们计算了角相关函数——一种统计星系对数量的方法。

科学家表示，该研究不仅深化了对星系演化的理解，还有助于改进宇宙结构的模型。随着ODIN巡天持续进行，未来研究将扩展到更多星系，从而提供更完整的宇宙网视图。

“尽管望远镜无法直接观测暗物质，但它通过与可见物质的相互作用塑造着宇宙，”加维泽说。“当部分研究者致力于理解其本质时，像本研究团队这样的科学家则试图，像本研究团队这样的科学家则试图探明其位置及其对宇宙演化的启示。”