图①：“悟空”卫星在轨示意图。“悟空”卫星为暗物资奏凯和辗转探伤提供了多量陈迹。

中国科学院紫金山天文台供图

图②：中国500米口径球面射电千里镜（FAST）全景。2024年，FAST发现了6个距离地球约50亿光年的中性氢星系，通过探伤有计划中性氢，关于团结暗物资、暗能量属性，解读星系造成和演化进程等具有迫切道理。

新华社记者  欧东衢摄

图③：平方公里阵列射电千里镜先导名堂MeerKAT射电千里镜，与其不雅测到的星河系中心的开阔射电频段气泡示意图（合成像片）。

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图④：位于中国锦屏地下实验室二期的中国暗物资实验CDEX大型液氮恒温器（2020年摄）。

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六合中存在多量产生引力却不发光的物资，这么的物资被称作“暗物资”，其总量远远逾越组成可见天下的物资。

前不久，中国科学院阐述研判125个科学有计划前沿，轴子暗物资探伤位列其中。频年来，科学家专揽东说念主工智能、量子时代等探伤暗物资，也取得了可喜的阐述。

暗物资对六合影响深远，那是一种看不见的力量，寡言鼓励着六合的演化。探伤和有计划暗物资，是一个拓展东说念主类通晓界限的进程，科学家不休漠视新的表面和有计划方法，每一次新发现皆可能颠覆咱们对六合的明白。本期“瞰前沿”温煦暗物资有计划，了解一下阿谁充满道理和热情的暗物资天下。

——编 者

六合，出生于约137亿年前的大爆炸。在出生之初，六合处于高温、高密度、均匀的景况，跟着六合的扩张、冷却，原子得以造成，并在引力作用下辘集。大爆炸后约1亿年，第一代恒星造成，随之造成的是恒星的辘集体——星系。星系通过合并，吸积气体，逐渐成长。灿艳的星系天下就这么从无到有一步步造成。

20世纪30年代以来，一系列天文不雅测长远，以灿艳群星为代表的原子物资只占据六合物资总量的很少一部分，六合中存在多量产生引力却不发光的物资，这么的物资被称作“暗物资”，其总量远远逾越组成可见天下的物资。

暗物资的存在对六合的结构演化和星系造成至关迫切。在六合早期，暗物资辘集产生的引力提供了星系造成所需要的引力势阱。若是暗物资不存在，那么咱们所处的星河系就无法造成。因此，自其存在被不雅测笃定以来，暗物资一直是天文体最迫切的有计划对象之一。

暗物资和原子物资不同，它不参与电磁相互作用，不发光，也不会被光照亮。不外，科学家大略基于暗物资引力效应，测绘其在六合中的漫衍，进而探索暗物资是什么。跟着新一代高精度天文不雅测要津干涉使用，“隐形”的暗物资正在被更好地“看见”。

看不见摸不着，怎样测绘暗物资

六正当子的暗物资测绘主要有三类方法。

第一种方法，暗物资存在引力，这会影响天体的率领，而天体的率领不错通过光谱学方法和天体测量学方法“捕捉”。20世纪30年代，天文体家弗里兹·茨威基恰是因为发现了星系团中星系的率领速率太快，需要格外的物资来提供引力拘谨，进而意志到暗物资的存在。目下，对恒星、星团、星际气体云等天体的率领测量，仍然是有计划星河系和隔壁星系内暗物资漫衍的最主要技能。

第二种方法，是通过引力透镜效应进行暗物资有计划，这亦然应用最为遍及的暗物资测绘方法。证据广义相对论，任何物资皆会有引力效应，大略使其周围的空间逶迤。远处星系发出的光，经过逶迤的六合空间来到地球，不雅测者看到的星系形态与其原来的形态比拟即是污蔑的。这访佛于透过玻璃透镜不雅察天下会看到污蔑的风物，因此称作引力透镜效应。在大多数情况下，这种污蔑相当轻微，被称作弱引力透镜效应。天文体家通过精准测量打算天区里多量星系的形态，并进行统计分析，不错索求由暗物资带来的空间污蔑信息，进而绘画打算天区中的暗物资密度漫衍。此外，在配景星系、当作透镜的引力势场中心、不雅测者三者险些连成一线的情况下，不雅测者不雅察到的星系图像会有更锋利的污蔑，造成爱因斯坦环、巨弧等强引力透镜表象。强引力透镜表象罕见妥当有计划六合小法子（1000光年—10万光年法子）的暗物资漫衍。

第三种方法，是利用星系当作示踪物来有计划暗物资在六正当子的漫衍。所有这个词的星系皆造成在被称为“暗晕”的暗物资团块中，并跟着暗晕的质料增长和相互合并演化。若是咱们把星系在数千万光年空间法子上的漫衍画成一张图，这张图会呈现出蛛网般的形态，被称作“六合网”。六合网推行上呈现了暗物资漫衍的大法子结构。基于六合结构演化表面，科学家不错通过统计星系的空间漫衍、星系与星系之间的位置经营来有计划暗物资的宇不雅漫衍。

暗物资的“真面庞”是什么

暗物资是一种基本粒子吗？它的静止质料是若干？怎样和其他粒子相互作用呢？这些问题，目下还莫得明确的谜底。

若是暗物资是一种粒子，那么它可能会衰变、湮灭，从而可能涟漪为可不雅测的光子或其他可探伤的粒子。东说念主类探伤暗物资粒子不错“上天”探索：在天外中，好意思国的费米伽马射线卫星试图不雅测暗物资湮灭产生的伽马光子，中国科学院主握研制的暗物资粒子探伤卫星“悟空”的打算则是不雅测暗物资可能涟漪造成的高能电子/正电子；也不错“入地”探寻：在地下实验室，好意思国的暗物资探伤器LUX-ZEPLIN，欧洲的XENONnT实验和中国的“熊猫实验”（PandaX）、暗物资实验名堂（CDEX）等则试图不雅察暗物资与普通物资碰撞产生的辉光。这些不雅测从多方面压缩了暗物资粒子的湮灭空间，匡助咱们逐渐接近暗物资粒子本色。

比拟于奏凯探伤暗物资粒子，天文不雅测更温煦暗物资的性质。借助天放学高精度数值模拟，科学家不错将暗物资粒子的微不雅属性和暗物资在千万光年以致兆亿光年法子上的物资漫衍结构斥地精准的有关，这就如澌灭座建筑，用竹木、砖石建造依然用钢筋建造，将影响到大楼的高度、形态等。反过来，六合物资漫衍的宏不雅结构，也不错用于有计划暗物资粒子的性质。

东说念主类目下关于暗物资的通晓，主要来自天文体不雅测。通过六合微波配景辐射、六合大法子结构等不雅测，科学家笃定暗物资的总量是可见物资总量的5倍以上。此外，暗物资粒子的性质必须允许六合结构以一种“等第成团”的步地造成——小的结构先于大的结构造成。这示意暗物资可能是一类质料很大的粒子，在六合早期具有较小率领速率，顺应这么性质的暗物资被称为“冷暗物资”。

现时，天文体前沿不雅测关于暗物资性质的探索，主要集结在两个方面。最初是暗物资粒子的质料，这个问题常被样式为“暗物资究竟有多冷”。在六合中，越“冷”的暗物资，大略造成越多的低质料暗晕。对强引力透镜、星河系星流等表象的不雅测，不错测量到质料相当低的暗晕。另一个方面是暗物资粒子怎样和其他粒子以及自己发生相互作用。这不错被形象样式为“暗物资粒子会不会碰撞”。暗物资粒子的这一性质会影响到暗晕的里面结构，通过强、弱引力透镜和率领学方法精准测量暗晕内的物资漫衍，将有助于了解暗物资粒子的“碰撞”身手。

咱们离暗物资的谜底还有多远

天文体家现时但愿将不同的不雅测方法结合起来，获取从太阳邻域到百亿光年法子暗物资漫衍的“详备舆图”以有计划暗物资性质。这需要开展一种被称作“巡天”的普查式不雅测，用于系统、均匀地获取在广袤六合空间中的天体图像、光谱信息，并从中索求星系能源学、引力透镜等信息，进而测绘暗物资漫衍。新一代空间天文旗舰级名堂，包括欧洲航天局放射的欧几里得千里镜、我国的巡天际间千里镜和好意思国的罗曼空间千里镜，皆将在天外开展高精度巡天不雅测。其中，我国将要放射的巡天际间千里镜搭载了大视场巡天相机和多台天文精测探伤器，有望在暗物资测绘和暗物资性质有计划界限取得阐述。

巡天际间千里镜的口径和哈勃千里镜罕见，但一次可不雅测的天际范围远超好意思国放射的哈勃千里镜和韦布千里镜，罕见妥当开展对六合的图像和光谱普查责任。若是说哈勃千里镜是长焦镜头，不错拍摄到远山上一头奶牛的显然图像，巡天际间千里镜就好比广角镜头，不错一次性拍摄所有这个词这个词山上牛群的图像，况且其中任何一头牛的相貌皆十分显然。

除了巡天千里镜，我国还建成了一系列妥当开展暗物资有计划的大地千里镜，比如郭守敬千里镜，这是测量星河系内暗物资漫衍的迫切要津；“中国天眼”500米口径球面射电千里镜（FAST），可提供隔壁六合氢原子云的漫衍信息，这些氢原子云也不错当作暗物资的示踪体来搜索低质料的暗晕。此外，我国参与的大型海外互助名堂“平方公里阵列”将在射电波段灵通一扇测绘暗物资的“窗户”。

跟着新一代海量天文数据的得回，在往日的10—20年，暗物资的天文体测绘有望进入一个黄金时刻。现阶段咱们所作念的勉力也许并不是为了未来或后天，而是为了更远处的往日，咱们期待大略信得过团结暗物资天下。

（作家为北京师范大学素质、巡天千里镜科学责任调处中心科学数据株连科学家）

作家：李然