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暗物质的最轻暗影:人类首次测到百万倍太阳质量的“隐形体”

2025-10-12 11:09天文之最

在宇宙深处,一团从未发光、从未反射、从未发出任何信号的“黑暗存在”,终于被人类“看见”了——不是通过望远镜的镜头,而是通过它对光的弯曲。

德国马普天体物理研究所(Max Planck Institute for Astrophysics)研究团队宣布:他们利用全球射电望远镜阵列(包括格林班克望远镜、欧洲VLBI网络、甚长基线阵列VLBA等),通过引力透镜效应,探测到一个质量仅约为太阳的百万倍、距离地球约一百亿光年的暗物质天体。这是人类史上利用引力透镜测得的最小质量暗物质结构,敏感度提升了整整两个数量级

“我们无法直接看到它,但它让远处星系的光弯了一下。”

研究负责人德文·鲍威尔(Devon Powell)说,这种弯曲像是宇宙在我们面前伸出的一只“无形之手”。

研究成果发表于《自然·天文学》(Nature Astronomy),是暗物质研究史上一个新的里程碑。

在他们构建的高保真射电图像中,一条明亮的弧状光线——来自十亿光年外的遥远射电星系——在某处“被掐了一下”。

那一处微妙的“收缩”正是暗物质“块体”(dark clump)的引力透镜效应。

科学家将其建模复原后发现,这个神秘的暗物体完全不发出可见光、红外或射电信号,只有引力在“说话”。

“每个星系都像是一座被暗物质支撑的城市,而这些小‘暗团’就像是城市里的隐形地基。”参与研究的薇吉缇(Simona Vegetti)形容道,“我们这次终于看见了一个最小的地基。”

人类追踪暗物质的一百年

如果说这次发现是一声低语,那么它的回响可以追溯到上世纪三十年代。那时,天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)在研究后发星系团(Coma Cluster)时,意外发现了一个“宇宙失踪的账目”:星系的旋转速度太快,以可见物质的质量根本无法解释。于是,他提出了一个令人不安的词——“dunkle Materie”,暗物质

自那以后,科学界开始了漫长的追踪。六十年代,维拉·鲁宾(Vera Rubin)和肯特·福特(Kent Ford)用光谱仪测量星系旋转曲线,发现几乎所有星系的外围都在高速旋转,就像被某种看不见的手牵引。这一结果几乎宣判:宇宙的质量,大部分藏在光线无法触及的地方。

真正的突破出现在爱因斯坦的理论中。1915年,他在广义相对论中预言:质量会让光线弯曲。当一个暗天体挡在远方星系与地球之间时,它的引力会像透镜一样扭曲光路——这就是引力透镜效应

起初,这只是一个理论上的奇想。直到1979年,人类第一次在天文图像中发现“双重类星体”(Twin Quasar Q0957+561)——两颗看似孪生的星,其实是同一颗类星体的两道被弯曲的光。

那一刻,天文学界意识到:我们可以用光的弯曲,来探测不可见的存在。

此后四十年,引力透镜技术不断进化。进入21世纪,超高分辨率的甚长基线干涉测量(VLBI)让天文学家可以将遍布全球的望远镜“虚拟拼接”,形成一个地球大小的“超级望远镜”。

它能分辨的角度,足以捕捉远方星系光弧中细微的“扭曲”——那些弯曲,就是暗物质留下的指纹。

与此同时,宇宙学家提出了“冷暗物质模型”(Cold Dark Matter, CDM):暗物质由缓慢运动、几乎不相互作用的粒子组成,它们在宇宙早期形成层层叠叠的结构,从巨大星系团到微小“暗团”,像是宇宙的隐形骨架。

问题在于:理论预言,这些“暗团”应当无处不在,密密麻麻地漂浮在星系间。

但直到今天,我们只在宏观尺度上看到暗物质的证据——星系旋转、引力透镜、宇宙微波背景……

那些最小尺度的“暗团”,仍未被直接观测到。

这次,马普研究所的团队首次通过射电引力透镜探测到一个仅百万倍太阳质量的暗物体,相当于把“看不见的地基”从模糊的城市轮廓中剥离出来。

这不仅验证了冷暗物质模型的一个关键预言,也为暗物质粒子的性质提供了新的约束。

如果未来类似的“暗团”数量与模型不符,某些主流暗物质假说——如WIMP(弱相互作用大质量粒子)——可能将被迫修正或淘汰。

用不可见之手,触摸不可见之物

在这次发现中,人类并没有真正“看见”暗物质——我们只是看见了它弯下的一缕光。但正是这微微的弯曲,连接起了从爱因斯坦的纸上公式、到当今地球级望远镜的百年追梦。

这团仅有百万个太阳质量的暗影,也许只是宇宙“冷暗物质森林”中的一片叶子。未来,当更多这样的暗团被发现,我们或许能真正拼出那幅“看不见的宇宙骨架”。

在黑暗中寻找光的弯曲,这就是天文学最浪漫的部分——它让人类,用不可见之手,触摸不可见之物。

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