據國外媒體報道，半個世紀前，科學家薇拉·魯賓和肯特·福特證實了一種不可見物質——現被稱為暗物質，他們認為暗物質是促使星系旋轉的”動力”，現今科學家們提出了大量暗物質存在的證據，但似乎我們對這種神秘物質的了解還是不夠的，例如：暗物質是冷的、溫的還是熱的？

資料圖

儘管暗物質僅通過引力與普遍物質相互作用，但暗物質的數量非常多，佔宇宙中所有物質的85%，它對塑造我們看到的所有物質具有關鍵的”幕後作用”，從銀河系至連接遙遠星系的纖細氣體暗絲。

科學家關於暗物質的形式有很多觀點，從被稱為MACHOs的行星大小天體到像”大品質弱相互作用粒子（WIMPs）”的單個粒子，甚至部分科學家認為暗物質更小，像軸子和惰性中微子。

上世紀80年代，科學家提出了一種方法用於解釋暗物質概念，他們將暗物質粒子分為冷、溫或熱三種類型，這些分類是基於每一種暗物質在早期宇宙中的運行速度，該速度取決它的品質，以及它誕生時周圍環境的溫度。

光，這種運行速度較快的粒子被稱為熱暗物質;品質較大、運行速度較慢的粒子被稱為冷暗物質;而溫暗物質則介於兩者之間。

以該方式觀察宇宙事物，大品質弱相互作用粒子是冷暗物質，惰性中微子是熱暗物質，來自宇宙早期的殘留中微子是熱暗物質，相比之下，軸子是一個特例，既輕又極冷。

如果一個暗物質粒子較輕、速度較快，那麼它在給定時間內會運行得更遠，它將使沿途已經存在的任何結構變得平滑。 另一方面，較慢、較冷的暗物質形式可能有助於構建結構，依據迄今我們所知和所見的宇宙現象，暗物質應該是某種混合物形態的一部分。

暗物質構建星系

儘管有許多關於每種暗物質候選物質類型何時和如何形成的理論，但科學家唯一確定的是，暗物質在大爆炸後大約75000年就已存在，從那時起，宇宙物質開始主導輻射，微小的結構種子開始形成。

大多數類型的暗物質粒子都是在新生宇宙熾熱密集的原始湯中，由其他粒子之間的碰撞產生的，這與在大型強子對撞機等裝置進行高能粒子碰撞產生的奇異新型粒子方式大致相同。 伴隨著宇宙不斷膨脹和冷卻，暗物質粒子最終會變成熱、冷或者溫類型暗物質，它肯定不止一種形態類型。

科學家描述稱，雖然暗物質這一術語具有一些誤導性，但暗物質能在宇宙中自由「流動」，它們不像漂浮在河流上的樹葉，以協調一致的方式朝向同一個方向，它們不是在一個宇宙區域，之後又抵達另一處宇宙區域，它們是無處不在，向四面八方散播。

當暗物質在宇宙中流動的時候，每種類型的暗物質都會對天體結構的形成產生獨特影響，要麼增加該天體集中度，從而促進星系的形成，要麼阻礙它們的增長。 像WIMPs這樣的冷暗物質，可能會形成塊狀天體結構，它移動非常緩慢，能夠聚集在一起並形成引力井，從而捕獲附近的宇宙物質。

冷、熱、溫暗物質

相反，熱暗物質會是一種較平滑的團塊物質，其運行速度較快，以至於它們能忽略引力井，這就是為什麼科學家現在相信熱暗物質的存在，例如：宇宙早期遺留下來的中微子。 儘管中微子並不能代表暗物質，但這些中微子是迄今已知暗物質唯一的組成部分，它們對宇宙的進化具有重要影響。

你可能會認為，溫暗物質是最佳暗物質類型，使宇宙充滿了適宜孕育天體的充足條件，科學家認為惰性中微子是溫暗物質的代表成分，而且從理論上講，惰性中微子確實可以構成暗物質的主要成分。

但是大多數參數空間（可能存在的條件集），均已被排除，儘管當前中微子振蕩仍可能發生，但通常中微子在太空中通過標準振蕩變成惰性中微子的概率被認為非常小，估計在10萬分之一至100萬億分之一之間。

接下來需要考慮的是軸子，不同於其他暗物質候選目標，軸子都非常輕，輕至可以更好地將其描述為波，其相關的作用場可以擴散數千米，而且溫度極低，事實上軸子與其他形式的物質耦合形式非常脆弱，以至於宇宙早期原始湯中粒子瘋狂碰撞幾乎不會產生任何物質。 它們形成暗物質的方式與其他暗物質候選目標不同，儘管宇宙早期處於高溫狀態，但軸子誕生時非常冷，並永遠保持低溫狀態，這意味著它們是絕對冷的暗物質。

儘管軸子很輕，因為它們存在於接近絕對零度的溫度條件，在該溫度下所有粒子的運動都停止了，所以它們本質上是不運動的，它們是一種幽靈般的液體，任何物質都能穿過它。

尋找「各種各樣」的暗物質

一些科學家認為，要解釋我們在宇宙中看到的所有事物，需要不止一種類型的暗物質。 在過去幾年裡，隨著檢測大品質弱相互作用粒子和通過大型強子對撞機碰撞產生暗物質粒子的實驗均已失敗告終，科學家進行越來越多的暗物質研究工作，致力於揭曉神秘的暗物質真實面紗。 科技進步和精湛技術使科學家採取更多的搜索方案，這些方案可以迫使較輕、甚至更怪異的暗物質粒子從隱藏的區域釋放出來。

其中一些努力利用了暗物質在創造過程中起到的作用。 研究人員通過費米伽馬射線太空望遠鏡尋找大品質弱相互作用粒子與其反粒子之間的碰撞跡象。

智利維拉-盧賓天文臺使用全球最大的數碼相機，對南部天空進行大規模勘測，勘測將完成的任務是通過觀察暗物質如何彎曲人類所能看到星系的光線，從而更好地掌握宇宙中暗物質的分佈狀況。

它將以一種完全不同的方式告訴我們暗物質的本質，它分佈越像塊狀一樣集中，就越符合”暗物質是冷的”的理論觀點。 預計該相機將在10年內拍攝大約200億個星系的圖像，科學家希望從這些圖像中推斷出塑造它們的暗物質的基本性質。

我們不僅僅想知道暗物質是否存在，我們還希望瞭解宇宙學，真實知曉暗物質是什麼？