说明：我目前正在参加在西雅图举行的美国天文学会会议。我将尽可能地从这次会议中发布博客，因为有很多新闻即将公布，同时也有很多有趣的、精彩的科学极客内容。这篇博文有点长，因为我需要解释一些相对复杂的东西才能切入重点。我认为我大部分的报道会比这简短一些。但无法保证！我热爱这些东西，也热爱谈论它们。今天，天文学家们发布了关于有史以来规模最大、最详细的深空宇宙巡天的消息。它利用了太空和地面望远镜，对从近距离到约60亿光年远的宇宙物质进行了大规模普查。它被称为COSMOS（宇宙演化巡天），参与的望远镜包括哈勃、XMM-牛顿、斯皮策、凯克、智利的甚大望远镜、新墨西哥州的甚大（射电望远镜）阵列以及昴星团天文台。它涉及了来自十几个国家的一百多名科学家。这项巡天是令人难以置信的：它绘制了天空两度见方区域内超过两百万个星系的位置——比16个满月还要大。最终，天文学家们制作了一张本质上是三维的大尺度正常物质（构成你、我、门把手、蛇、飞机，以及我们能看到和触摸到的一切）的地图。这是哈勃望远镜巡天图像的一个（非常）小的片段：
点击它，可以查看更高分辨率的版本。它非常漂亮。令人惊讶的是，星系图谱并不是这项巡天中最有趣的部分。COSMOS的独特之处在于，天文学家们利用先进的技术，还能够绘制出暗物质的位置！暗物质构成了宇宙中绝大多数的物质，但我们无法直接探测到它。几十年来一直有人知道它的存在——最早在1933年就有人提出——但证据一直是间接的。暗物质仍然有引力，所以我们通过它的效应来看到它——被暗物质晕包围的星系旋转速度与没有暗物质的情况不同，而星系团中的暗物质则通过成员星系的运动来暴露自己。但相对论的一个效应最终也暴露了暗物质的存在。正如爱因斯坦所假设的，物质会弯曲空间，就像床垫上的重物会压弯床垫一样。光在真空中传播会走直线，但如果物质弯曲了空间，光也会沿着弯曲的空间行进。想象一下，来自遥远星系的光正在向我们传播。但在该星系和我们之间存在着一个大质量，比如一团暗物质。来自星系的光会绕过物质弯曲，当我们接收到时，它会略微失真，就像光穿过透镜一样。这个过程实际上被称为引力透镜效应（更多关于此，请参阅我关于子弹星系团的报道，在我2006年十大天文学图像中的第4张）。因此，天文学家可以通过仔细观测大片天空，并 painstaking地解析背景星系形状中的扭曲，来绘制暗物质的位置。观测需要从太空中进行，因为背景天体非常微弱、很小，而且靠得很近。太空望远镜比地面望远镜更容易看到微弱的天体，并且分辨率更高——它们能更好地分辨近距离的天体。这就是为什么哈勃被用于这项巡天的原因。事实上，这项巡天非常庞大：它占用了哈勃两年时间10%的观测时间。这是哈勃有史以来最大的单一项目。但哈勃也有局限性。为了获得暗物质的位置，需要确定数万个星系的距离。这是从地面完成的，使用了甚大望远镜和昴星团天文台，利用一种叫做测光红移的技术。基本上，星系通过许多不同的滤色片进行观测，而给定星系在每个滤光片中的亮度可用于确定其距离。有了星系形状的扭曲和它们的距离，天文学家们就开始绘制暗物质的位置。让我在这里停顿一下——我们已经知道暗物质很长时间了，但问题是，这该死的东西是暗的。它很难看到。人们一直在争论它是否存在，但现在，我们不仅知道它在那里，我们知道它在哪里！这是一个惊人的进步。仅仅看一眼观测结果，就能看到一个非常重要的结果。
左边的图像（红色）显示了天空中的正常物质分布。右边的图像（蓝色）显示了暗物质的位置。它们吻合！长期以来，人们一直推测，宇宙在大爆炸后冷却的过程中，暗物质形成了横跨数百万光年的长链。随着这个过程的发生，正常物质会被它引力吸引。今天，正常物质应该会沿着暗物质的位置分布。现在我们可以看到这是真的！但这还有更好的。由于天文学家们能够看到非常遥远的暗物质和正常物质，他们能够追踪这些物质是如何随时间变化的。这是因为我们看得越远，我们就越能看到过去——我们看到一光年外的物体，就像它一百万年前的样子。因此，通过回溯足够远的时间，你实际上可以看到几十亿年前物质是如何运作的。而且情况已经发生了变化！也许天文学家们在数据中看到的 L最重要的事情是，在宇宙早期，暗物质是平滑分布的，随着时间的推移变得越来越团块。他们为此制作了一张图像。这是一张暗物质的三维地图。
你可以认为图像的左侧是近距离的暗物质，右侧是远距离的暗物质。但请记住，距离=时间。你可以看到，现在的暗物质（左侧）是团块状的，而很久以前的暗物质（右侧）则更平滑。同样，这只是模型预测的那样。随着时间的推移，宇宙中物质的平滑分布变得不均匀，因为物质中的微小涟漪被引力放大了。换句话说，任何物质稍多一点的地方，引力就更大，吸引更多的物质。这个过程一直持续下去，直到经过数十亿年后，我们得到了现在的宇宙：团块状、不规则，充满了奇妙的星系、恒星和行星。COSMOS巡天数据极其丰富，将在未来多年被挖掘出信息。我只触及了迄今为止从中了解到的部分，其中还有更多的科学知识隐藏其中。甚至现在，天文学家们还在计划更大规模、更大范围的天空巡天。这些巡天将完善已有的数据，并将开始着手研究暗能量，这是一种神秘的力量，似乎正在加速宇宙的膨胀。我们对暗能量的了解甚至比对暗物质的了解还要少。像往常一样，我们知道得越多，要了解的东西就越多。还有很多东西需要学习！
