暗物质的新地图验证了爱因斯坦的引力理论

研究人员可以“清楚地看到这个横跨数亿光年的无形世界的特征”。

上图：质量更多（橙色）和更少（紫色）的区域显示了暗物质在宇宙中的分布。

科学家利用智利阿塔卡马宇宙望远镜的数据，绘制了一幅暗物质在天空四分之一的分布图。

这张地图显示了各个区域的质量分布，基本上是我们可以看到的最早的时间；它使用宇宙微波背景作为暗物质肖像的背景。该团队的研究将在日本京都举行的未来科学与 CMB x LSS 会议上公布。

剑桥大学宇宙学家布莱克·舍温（Blake Sherwin）在普林斯顿大学的一份新闻稿中说：“我们已经绘制了天空中最遥远的、看不见的暗物质的地图，并清楚地看到了这个数亿光年宽的看不见的世界的特征。它看起来就像我们的理论预测的那样。”

暗物质是一个包罗万象的术语，指的是占宇宙27%的物质，但它不能直接观测到。我们只知道它在那里，不管它是什么，因为它的引力效应。

人们通过两种主要方法来探测暗物质：基于地球的实验和对宇宙的全面观测。有很多实验试图在大量提出的暗物质候选者中识别暗物质，包括轴子和弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。

但观测暗物质的唯一方法是间接的，即在大尺度上观测它的引力效应。进入阿塔卡马宇宙学望远镜，它更精确地确定了2021年的宇宙。该望远镜的地图建立在今年早些时候发布的宇宙物质地图的基础上，该地图是使用暗能量巡天和南极望远镜的数据制作的。这张地图支持了之前对普通物质与暗物质比例的估计，并发现物质的分布不像之前想象的那么呈块状。

这幅新地图关注的是爱因斯坦广义相对论的一个挥之不去的问题：宇宙中质量最大的物体，比如超大质量黑洞，是如何弯曲来自更遥远源头的光的。其中一个光源就是宇宙微波背景光，这是最古老的可探测光，它来自大爆炸的余波。

研究人员有效地利用背景作为背光，照亮宇宙中密度更大的区域。

阿塔卡马宇宙学望远镜主任、普林斯顿物理学家苏珊娜·斯塔格斯（Suzanne Staggs）在大学发布会上说：“这有点像剪影，但剪影中不只是黑色，而是有纹理和暗物质块，就好像光穿过一块有很多结和疙瘩的织物窗帘。”

物理学家苏珊娜·斯塔格斯补充说：“著名的蓝色和黄色 CMB 图像是宇宙在大约130亿年前一个时代的快照，现在它为我们提供了自那以后所有时代的信息。”

上图：欧洲航天局普朗克天文台观测到的宇宙微波背景。

最近的分析表明，暗物质是块状的，足以符合宇宙学的标准模型，该模型都依赖于爱因斯坦的引力理论。

夏威夷大学的天文学家埃里克·巴克斯特（Eric Baxter）是2月份暗物质地图研究的合著者，他表示，他的团队的地图对低红移（意味着在最近的宇宙中接近）很敏感。另一方面，新的地图只关注宇宙微波背景的透镜，这意味着更高的红移和更广泛的范围。

天文学家埃里克·巴克斯特说：“换句话说，我们的测量和新的ACT测量正在探测物质分布的不同（和互补）方面。因此，新的结果并没有与我们之前的结果相矛盾，而是可能提供了一个重要的新拼图，关于我们的标准宇宙学模型可能存在的差异。”

巴克斯特补充说：“也许宇宙在小尺度和最近的时间里（即我们分析的星系）比预期的要小，但与早期和更大尺度的预期是一致的。”

新的仪器将有助于梳理出宇宙的物质分布。根据普林斯顿发布的消息，阿塔卡马西蒙斯天文台即将推出的望远镜将于2024年开始运行，绘制天空地图的速度将比阿塔卡马宇宙学望远镜快近10倍。

有史以来最大的数码相机将安装在同样位于阿塔卡马的维拉·鲁宾天文台，这对地球上的天文台来说是一个激动人心的时刻。