漆黑的深空，有一張“看不見(jiàn)”的網(wǎng)，網(wǎng)中有著許多的細(xì)絲，彷佛鉤織了整個(gè)宇宙。

多年來(lái)，通過(guò)天文學(xué)家不斷努力探索，我們知道了星系之間宇宙細(xì)絲的存在，也了解到這些肉眼看不到的巨大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，就像宇宙間的超級(jí)高速公路，將物質(zhì)傳送到密集中心(如星系團(tuán))。然而，關(guān)于宇宙網(wǎng)存在的許多證據(jù)仍然是偶然的，因?yàn)楹茈y看到，讓人難以捉摸，所以又充滿誘惑。

近日，來(lái)自美國(guó)一所研究機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家在arXiv.org網(wǎng)站上公布了他們?cè)谘芯坑钪婢W(wǎng)方面取得的重大進(jìn)展，宇宙網(wǎng)中難得一見(jiàn)的細(xì)絲，終于露出了些真容。

細(xì)絲并非完全黑暗

宇宙中大約85%的物質(zhì)是由一種未知的、看不見(jiàn)的“暗物質(zhì)”構(gòu)成。據(jù)悉，在宇宙中有兩種宇宙網(wǎng)，一種是由暗物質(zhì)構(gòu)成的“黑暗”宇宙網(wǎng)，另一種是主要由氫氣組成的發(fā)光宇宙網(wǎng)?？茖W(xué)家認(rèn)為在大爆炸時(shí)所產(chǎn)生的氫，有60%存在于這些宇宙網(wǎng)中。星系很可能形成于兩個(gè)或者多個(gè)絲狀物的交點(diǎn)，那里的物質(zhì)密度最大，絲狀物連接著宇宙中的星系團(tuán)。而此次研究的核心對(duì)象，便是位于多個(gè)宇宙細(xì)絲結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)、位于密集暗物質(zhì)團(tuán)塊中心的LRG(亮紅星系)。

研究團(tuán)隊(duì)拍攝了數(shù)千張LRGs圖像，將它們重新排列、堆疊在一起，形成一幅合成圖像，并從重子聲波振蕩光譜巡天項(xiàng)目數(shù)據(jù)中獲取了LRGs的星表目錄。

利用這張疊加圖像，研究人員計(jì)算了他們所能看到所有星系的總亮度，進(jìn)而測(cè)量有多少正常物質(zhì)構(gòu)成了LRG之間的細(xì)絲，從而通過(guò)總光度推算常規(guī)物質(zhì)的總質(zhì)量。

接著，研究人員觀察了細(xì)絲后面的星系，特別是它們的形狀。當(dāng)這些遙遠(yuǎn)的背景星系發(fā)出的光線穿過(guò)前景的細(xì)絲時(shí)，細(xì)絲中暗物質(zhì)的微弱引力使這些光線產(chǎn)生偏折，從而輕微地改變了這些背景星系的形狀，這即為弱引力透鏡現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)量此類形變的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，科學(xué)家們能夠估算出細(xì)絲中暗物質(zhì)的質(zhì)量，該測(cè)量結(jié)果與理論預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相一致。

另外，科學(xué)家們還報(bào)告了一個(gè)驚人的觀測(cè)結(jié)果：這些細(xì)絲并不是完全黑暗的，每351個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的細(xì)絲，就有1個(gè)太陽(yáng)的光度輸出。

開(kāi)創(chuàng)新的“研究尺度”

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李楠博士說(shuō)：“從學(xué)術(shù)上講，細(xì)絲是宇宙中除了星系和星系團(tuán)等近橢圓結(jié)構(gòu)引力勢(shì)阱之外的另一種引力勢(shì)阱形式，形狀為長(zhǎng)條狀，將星系連接成一張“蜘蛛網(wǎng)”，而細(xì)絲的連接點(diǎn)處為大質(zhì)量星系或星系團(tuán)。宇宙中的細(xì)絲結(jié)構(gòu)是暗物質(zhì)粒子在自引力作用下成團(tuán)過(guò)程的產(chǎn)物，也是宇宙學(xué)中暗物質(zhì)模擬的基本預(yù)言之一。”

李楠說(shuō)，研究人員們用這個(gè)形變信號(hào)重構(gòu)了前景天體的引力場(chǎng)，然后再測(cè)量這些細(xì)線中的總光度，便能計(jì)算出細(xì)絲結(jié)構(gòu)的質(zhì)光比(質(zhì)量和光度之比)。

此次研究是否是暗物質(zhì)存在的確切證據(jù)?李楠認(rèn)為：“細(xì)絲的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)非常好的結(jié)果。但是，畢竟此次探測(cè)依然是基于引力透鏡效應(yīng)，而不是直接探測(cè)暗物質(zhì)粒子本身所產(chǎn)生的信號(hào)，所以我個(gè)人傾向于認(rèn)為，這是一個(gè)證明暗物質(zhì)存在非常有力的間接證據(jù)。”

李楠說(shuō)，其實(shí)在幾年前就已經(jīng)有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了細(xì)絲，此次研究的創(chuàng)新之處在于第一次測(cè)量了細(xì)絲結(jié)構(gòu)的質(zhì)光比，這為未來(lái)研究細(xì)絲的其他性質(zhì)提供了可參考的錨定點(diǎn)。

對(duì)于宇宙細(xì)絲的觀測(cè)之所以這么艱難，一方面是由于大氣擾動(dòng)，會(huì)使星系的原始形狀信號(hào)變得模糊;另一方面，目前望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力不足也直接影響到觀測(cè)圖像的質(zhì)量和弱引力透鏡信號(hào)的可用數(shù)目。未來(lái)，隨著觀測(cè)圖像分辨率的增加，可觀測(cè)的亮度極限越來(lái)越暗，圖像質(zhì)量和信號(hào)數(shù)目都會(huì)有所提高，信噪比就會(huì)越來(lái)越高，未來(lái)會(huì)有越來(lái)越清晰的關(guān)于宇宙細(xì)絲質(zhì)量分布結(jié)果。

李楠表示，可以肯定地說(shuō)，此次研究是一次非常有益的嘗試，它使宇宙結(jié)構(gòu)形成的研究尺度范圍更加完整，為人們更細(xì)致地研究宇宙提供了新的窗口。他說(shuō)：“以前科學(xué)家們對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)和星系團(tuán)尺度的結(jié)構(gòu)都有過(guò)很好的研究，但對(duì)于宇宙細(xì)絲尺度，即大于星系團(tuán)而小于宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的尺度結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究甚少，此次研究算是開(kāi)了個(gè)先河。”

宇宙網(wǎng)的出現(xiàn)和星系的出生被認(rèn)為是相互聯(lián)系的，理解其中一個(gè)可以為理解另一個(gè)提供很大的幫助?？茖W(xué)家希望通過(guò)對(duì)宇宙網(wǎng)的研究，進(jìn)一步理解宇宙結(jié)構(gòu)和星系的形成與演化過(guò)程。(王祝華)