7. 暗物质

这份杂志是由宇宙中最奇特的粒子组成的。你也是。构成我们在地球上或地球以外所能看到或触摸到的一切的物质，从宇宙学的角度来说，是极其罕见的。宇宙中的大部分物质被称为暗物质，这是一种神秘的物质，它不发光、不反射光，也不与我们所认为的普通物质相互作用。它只通过其引力效应揭示其存在，引导早期宇宙的演化，并仍在影响星系的运动。地球上的实验曾试图探测暗物质粒子，但迄今为止均一无所获。

然而，天文学家们在过去一年里取得了更好的进展，他们继续发现了暗物质在塑造可见宇宙中扮演关键角色的证据。得益于哈勃太空望远镜约一千小时的观测，科学家们编制了一张占整个天空40,000平方度范围中一个微小区域（约两平方度）的暗物质地图。这张地图于去年一月发表在《自然》杂志上，证实了现代天体物理学的一个核心预测：星系形成于巨大的暗物质云中，并与之结合在一起。

天文学家认为，在早期宇宙中，暗物质提供了普通物质凝聚并生长成星系的引力骨架。根据这些暗物质理论，当可见星系形成时，它们周围的一些物质应该聚集形成数百个小型卫星星系，其中大部分至今仍然存在。但观测到的卫星星系数量仅是理论预测的一小部分。“我们应该看到一百到一千个，但截至2005年，只有12个，”耶鲁大学的天体物理学家Marla Geha说。天文学家称之为“卫星星系丢失问题”。

天文学家曾推测，小型、以暗物质为主的卫星星系的存在可能解决了这个问题，但没有任何证据表明存在这样的星系。

去年春天，Geha和加州理工学院的同事Josh Simon利用夏威夷茂纳凯亚山10米凯克II望远镜，研究了八个新发现的卫星星系的质量。这些卫星星系是在过去两年里通过 Sloan Digital Sky Survey（一项旨在绘制一百万个星系和类星体详细地图的持续性项目）探测到的。Geha和Simon发现，这些卫星星系比其他已知的卫星星系要暗淡得多，质量也小得多——它们的质量有99%是以暗物质的形式存在的。鉴于Geha和Simon发现的星系具有如此高的暗物质浓度，许多其他卫星星系很可能100%是暗物质。

“我们预计有些是无法探测到的，没有恒星或气体，”Geha说。“有一些间接的方法来寻找暗物质卫星，但这还需要更多工作。”

一些天体物理学家认为，暗物质粒子可能偶尔会相互湮灭，产生高能伽马射线的爆发。如果银河系有暗物质卫星，并且它们确实会发射伽马射线，那么定于二月发射的伽马射线大面积望远镜可能能够探测到它们。

暗物质也可能负责创造宇宙中最令人敬畏的天体：巨型黑洞，它们被认为潜伏在几乎所有大型星系的中心。英国杜伦大学的天文学家Tom Theuns和Liang Gao去年利用计算机模型研究了两种暗物质（已知为“热”和“冷”暗物质）如何可能影响了宇宙中第一批恒星的形成——以及第一批巨型黑洞。

在他们的模拟中，Gao和Theuns发现，在冷暗物质的团块中，形成了单个大质量恒星，而热暗物质则形成了大约银河系四分之一宽的纤维状结构，吸引了足够的普通物质来创造约1000万颗恒星——其中一些第一批恒星可能仍然存在。“你可能形成低质量恒星，”Theuns说。“它们寿命非常长。它们可以活130亿年，今天可能就在银河系里。也许我们已经见过它们了。谁知道呢？”

但该模型最意外的结果是，这些纤维状结构可能发生灾难性坍缩，扭曲时空形成一个巨大的黑洞。