用广域红外测量望远镜（WFIRST）解锁暗物质的真实本质

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暗物质的真正本质是宇宙中最大的谜团之一。科学家们正试图确定暗物质究竟是由什么构成的，以便他们能够直接探测到它，但是我们目前的理解存在很多差距，很难知道我们在寻找什么。

在这张哈勃望远镜图像中，星系之间纠缠着神秘的蓝光弧。这些实际上是星团后面的遥远星系的扭曲图像。所有被困在星团内的正常和暗物质的集体引力扭曲时空，影响穿过星团向地球传播的光。

NASA的广域红外测量望远镜（WFIRST），旨在揭开暗能量和暗物质的秘密。它能够测量宇宙的大片区域，将有助于我们通过探索物质和暗物质在空间和时间上的结构和分布，找出暗物质可以由什么构成。

为什么暗物质如此令天文学家费解呢？在80多年前，科学家首次怀疑它的存在，当时瑞士裔美国天文学家弗里茨·兹威基观察到，科马星系团中的星系移动得如此之快，它们本应该被抛向太空——然而它们仍然受到拉拽的引力，而这些引力的来源聚集由看不见的物质组成。

然后，在20世纪70年代，美国天文学家维拉·鲁宾在单个螺旋星系中发现了同样的问题。向星系边缘的恒星移动得太快，无法被星系的发光物质所控制——在这些星系中，容纳恒星的物质肯定比我们所能看到的要多得多。自从这些发现以来，科学家们一直试图利用稀疏的线索来揭示这个谜题。

目前有广泛的暗物质候选者。我们甚至不太了解暗物质粒子的质量，这使得我们很难找出如何最好地寻找它们。广域红外测量望远镜（WFIRST）的广域调查将全面观察星系和星系团在宇宙中的分布情况，这是迄今进行的最详细的暗物质研究，这要归功于暗物质的引力效应。这些调查将使人们对暗物质的基本性质产生新的见解，这将使科学家能够检验他们的搜索技术。

大多数关于暗物质粒子本质的理论表明，它们从不与正常物质相互作用。即使有人把一大块暗物质掉在你的头上，你也可能什么也察觉到。你没有任何方法来检测它的存在——当涉及到暗物质时，你所有的感官都是毫无意义的。你甚至不能阻止它直接穿过你的身体，朝地球核心飞去。

这在常规物质（如猫或人）上不会发生，因为地面原子和我们体内的原子之间的力阻止我们从地球表面坠落，但暗物质却异常地呈现。暗物质是如此的不显眼，以致于对于以我们眼睛看不到的光的形式观察宇宙的望远镜来说，从无线电波到高能伽马射线，甚至都是看不见的。

"镜头"暗物质

如果暗物质是看不见的，我们怎么知道它的存在？虽然暗物质在大多数情况下，不会与正常物质相互作用，但它确实对正常物质产生引力影响（这是几十年前首次发现的结果），所以我们可以通过观察星系团来绘制它的存在图，星系团是宇宙中最庞大的结构。

光总是以直线传播，但时空——宇宙的结构——是由它内部的质量浓度弯曲的。因此，当光线经过一个质量时，其路径也曲线：曲线空间中的直线。通常会在星系团附近通过的光会向星系团弯曲，从而产生背景源的增强性（有时是多个）图像。这个过程被称为强引力透镜，将星系团转化为巨大的自然望远镜，让我们瞥见那些通常太微弱而看不见远的宇宙天体。

由于更多的物质导致更强的透镜效应，引力透镜观测提供了一种确定星系团中物质的位置和数量的方法。科学家发现，我们在星系团中看到的所有可见物质都不足以产生观测到的翘曲效应，因为暗物质提供多余的引力。

威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）

科学家通过测量早期宇宙中有多少物质是"正常"的，以及使用NASA的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）等实验，证实了早先的观测结果。”即使正常物质构成我们所能看到的一切，宇宙也必须包含五倍以上的暗物质，以适应观测结果。“

广域红外测量望远镜（WFIRST）将利用所谓的弱引力透镜来建立先前的暗物质研究，它跟踪小团块暗物质如何扭曲更遥远星系的明显形状。它通过观察这种更精细的尺度上的透镜效应，将使科学家能够填补我们对暗物质的理解中更多的空白。

这次任务将测量数亿个星系中正常物质和暗物质的位置和数量。纵观宇宙史，暗物质驱动着恒星和星系的形成和演化。如果暗物质由重而缓慢的粒子组成，它很容易聚集在一起，广域红外测量望远镜（WFIRST）应该看到宇宙历史的早期星系的形成。如果暗物质是由更轻、移动速度更快的粒子构成的，那么形成团块和形成大规模结构需要更长时间。

广域红外测量望远镜（WFIRST）的引力透镜研究将使我们能够追溯时间，以追踪星系和星系团是如何在暗物质影响下形成的。如果天文学家能够缩小暗物质粒子的候选范围，我们将更接近于它们，最终在地球上的实验中直接探测它们。

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原文地址：今日头条