真相大白，宇宙暗网到底有多黑？_风闻

观察者网用户_244575-2020-02-22 09:37

2020-02-22

文章来源：Live Science

原作：Paul Sutter

翻译：Liufeng

校对：DAIKIN

排版：况宇庭

后台：库特莉亚芙卡李子琦

原文链接：

2019年度学术媒体公众号评选火热进行中，请在文末链接中投出您支持牧夫天文的一票吧~

也许你并不知道，我们的宇宙是靠一张暗网才得以维系的。现在，我们终于可以看到它了。

我们的宇宙中密布着一个巨大而无形的暗网，它的卷须在太空中蜿蜒交错。尽管这个暗网把我们在太空中看到的物质安排得明明白白，但我们却看不见它。那是因为，它是由暗物质组成的。暗物质能够产生引力，但它却是透明的并且也不会发光。

就在最近，宇宙中这一最黑暗角落的图景，终于被研究人员首次描绘了出来。

暗网起源

很久以前，宇宙比现在更热，更小，更稠密。因此总的来说，它也更无聊。各处的密度变化不大，当然空间整体上更加局促。在年轻的宇宙中，无论你走到哪里，情况几乎都是一样的。

但是早期的宇宙在密度上仍然存在微小的随机差异。有些团块的引力比周围的引力略强，因此物质就会“流”入其中。这又让它们产生了更大的引力，吸引了更多的物质，使它们变得更大更重。如此一来，历经上百亿年，团块之间的空间被逐渐排空。

在整个宇宙的演化过程中，富人越来越富，穷人越来越穷。最终，稠密的团块成长为第一批恒星、星系和星团，而它们之间的空间则变成了巨大的宇宙空洞。

如今，这个庞大的“建筑项目”已耗时138亿年，但并未完工。仍有物质从空洞中“流”出，加入星系群。而这些星系群则汇聚成为物质富集的星团。今天，我们拥有的是一个庞大而复杂的物质细丝结构的网络：宇宙网。

黑暗之光

我们宇宙中的绝大多数物质都是暗物质。但暗物质不会与光或任何“正常的”物质发生相互作用，包括恒星、气体云或者任何你认为有趣的物质。因此宇宙暗网的绝大部分对我们而言都不可见。不过幸运的是，在暗物质聚集的地方，还夹带有一些普通物质。

在物质稠密区域里，暗物质的微妙引力吸引了足够多的物质向其聚结。在那里我们便看到了光，也就是普通物质转化而成的繁星。

就像黑夜里遥远海岸上的灯塔一样，恒星和星系告诉我们隐藏的暗物质潜伏在哪里，并以鬼魅般的笔触为我们描绘了宇宙暗网的真实结构。

通过这种间接的方式，我们可以轻松地看到这些巨大的宇宙结构。它们像从夜航飞机上看到的巨型城市一样璀璨醒目。我们确信这些结构中存在大量暗物质，因为只有巨大的引力才能将如此之多的星系聚集在一起。

另一方面，我们可以轻松地发现图景中的空洞，那里没有任何物质。因为没有星系照亮这些空间，所以它们大体上算是真空的。

但是宇宙暗网的宏伟之处在于细腻的细丝纹路。这些细长的星系绵延数百万光年，就像一条巨大的宇宙高速公路，穿越黑色的空洞，连接着明亮的城市群。

初露峥嵘

宇宙暗网中的那些细丝是最难研究的部分。那里有一些星系，但不是很多。这些细丝或长或短，并且朝着不同的方向。相比之下，研究星团和空洞简直就像是做中学几何题一样简单。尽管通过计算机模拟，我们早在数十年前就已知道了细丝结构的存在，但还是无法真正地看到它们。

不过最近，一组天文学家在宇宙暗网的测绘上取得了重大进展，其结果于1月29日发布到arXiv数据库中。论文编号2001.10943，第一作者Tianyi Yang是滑铁卢大学天文系的硕士研究生。他们的做法是：

首先，他们从重子振荡光谱调查（BOSS）项目中获得了一个被称为发光红色星系（LRG）的星表。LRG是星系里的重型巨兽，它们一般会坐落在密集的暗物质斑点中心。如果LRG位于最密集的区域，则连接它们的线应由更为纤细的细丝组成。

但是光盯着两个LRG之间的空间是没有用的，那里并没有什么东西。因此，该团队采用了数千对LRG，对其进行了重新排列，然后将它们堆叠在一起以形成合成图像。

科学家利用这张堆叠的图像计算了他们所能看到的所有星系，并将它们的总发光量加起来。这样，研究人员能够测量LRG之间的细丝组成了多少普通物质。接下来，研究人员研究了细丝后面的星系，特别是它们的形状。

当这些背景星系发出的光穿过中间的细丝时，这些细丝中暗物质的引力会轻微地改变光线的方向，从而使这些星系的图像发生了微小的偏移。通过测量偏移量（科学家称其为“剪切”），该团队得以估算出细丝中的暗物质含量。

该测量结果符合理论预测，这也是暗物质存在的又一证据。科学家们还证实，这些细丝并不是完全黑暗的：细丝中每351个太阳的质量值，就会有1个太阳的光输出值。

这个关于宇宙暗网细丝的测绘目前还有些粗略，但却是开创性的。并且它明确展示了，尽管宇宙暗网大多是黑暗的，但并非是100%纯黑。所以，你要问宇宙暗网到底有多黑？我可以明确告诉你答案，那就是，很黑。

本期的读者互动是，我们的公众号已经连续两天介绍了暗物质，那您觉得暗物质会不会像以前的以太和燃素那样，可能根本就不存在（所谓的暗物质粒子）呢？

『天文时刻』牧夫出品

微信号：astronomycn

黄昏时的三重奏