荷蘭天文學(xué)家簡·奧爾特

自從20世紀(jì)30年代，荷蘭天文學(xué)家簡·奧爾特（Jan Hendrick Oort）和瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）首次在天文學(xué)觀測中發(fā)現(xiàn)了“暗物質(zhì)”，之后隨著“暗能量”的發(fā)現(xiàn)，人類對于宇宙的認(rèn)識被徹底改變了。人類逐漸意識到，對于宇宙的構(gòu)成，目前仍然知之甚少。根據(jù)目前宇宙學(xué)的基礎(chǔ)理論，整個宇宙的70%由暗能量構(gòu)成，25%由暗物質(zhì)構(gòu)成，只有5%由目前人類所能夠理解的“普通物質(zhì)”構(gòu)成。幾十年來，人們一直在探索暗物質(zhì)的本質(zhì)，可是直到現(xiàn)在暗物質(zhì)對于人類來說仍然是一個謎。

目前，人類也只能夠確定暗物質(zhì)不是什么。暗物質(zhì)不是宇宙中可見星系的組成物質(zhì)，不是反物質(zhì)，不是黑洞，也不是目前人們所認(rèn)知的任何物質(zhì)。暗物質(zhì)不吸收或是發(fā)射電磁輻射，也不參與強(qiáng)相互作用，因此人類通常所用的探測手段都無法探測到暗物質(zhì)的存在。在人類已知的四種相互作用形式中，暗物質(zhì)只參與引力與弱相互作用，因此人類在大多情況下都只能在太空觀測中通過暗物質(zhì)的引力場對于光線的扭曲形成的“引力透鏡”作用來探知暗物質(zhì)的位置、質(zhì)量和其他性質(zhì)。

如今宇宙學(xué)家們已經(jīng)習(xí)慣了宇宙中暗物質(zhì)的存在，同時在宇宙學(xué)的一些理論中也加入了暗物質(zhì)的部分，但是因?yàn)槿祟悓τ诎滴镔|(zhì)的性質(zhì)仍然知之甚少，現(xiàn)在人們對于暗物質(zhì)的探測，常常會得出相互矛盾的結(jié)論。人類目前對于這種彌漫在宇宙各處卻又顯得神秘莫測的物質(zhì)仍然缺少有效的探測方法，只能在一種類似于盲人摸象的困境中緩慢前行。

2005年，來自阿雷西博天文臺（Arecibo Observatory）和英國卡迪夫大學(xué)的科學(xué)家在觀測室女座星系團(tuán)的氫氣輻射時，發(fā)現(xiàn)距離地球5000萬光年，質(zhì)量是太陽100億倍的VIRGOHI21星系是一個主要由暗物質(zhì)構(gòu)成的星系，這個星系中氫氣只占星系總質(zhì)量的1%，星系剩余的大部分質(zhì)量都是由暗物質(zhì)組成。這個暗物質(zhì)星系的發(fā)現(xiàn)解決了科學(xué)家們的另外一個疑問，就是為什么在VIRGOHI21星系旁邊的NGC4254星系向它的鄰居傾斜。在NGC4254星系的所有旋臂中，臨近VIRGOHI21星系的旋臂明顯長于其他幾個——現(xiàn)在科學(xué)家們明白了，這是由于暗物質(zhì)星系的引力作用。他們的這一發(fā)現(xiàn)也被發(fā)表于《天體物理學(xué)期刊》（The Astrophysical Journal），而VIRGOH21星系則成為人類發(fā)現(xiàn)的第一個暗物質(zhì)星系。對此，來自卡迪夫大學(xué)的科學(xué)家喬·戴維斯（JonDavis）說，“宇宙對于人類來說還有很多秘密沒有揭開，但是看起來人們已經(jīng)開始明白怎樣正確認(rèn)識宇宙”。

暗物質(zhì)星系并非全都距離地球非常遙遠(yuǎn)，在2011年，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了一個主要由暗物質(zhì)組成的星系。這個距離地球26萬光年的星系就在銀河系的旁邊，屬于銀河系的衛(wèi)星星系。這個質(zhì)量相當(dāng)于銀河系1%的衛(wèi)星星系主要由暗物質(zhì)構(gòu)成，屬于銀河系第三大的衛(wèi)星星系，而科學(xué)家們之所以直到2011年才發(fā)現(xiàn)它，是因?yàn)檫@個星系與形狀扁平的銀河系處于同一個平面上，不利于天文觀測。

這個銀河系邊緣暗物質(zhì)星系的發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了另一個宇宙學(xué)問題，根據(jù)現(xiàn)有的星系形成的理論，人類現(xiàn)在居住的銀河系是經(jīng)過了數(shù)十億年的演化，由無數(shù)的小星系碰撞、合并而形成的。那么，在銀河系周圍，應(yīng)該圍繞著上萬個相比銀河系小得多的矮星系，可是直到現(xiàn)在為止人們也只在銀河系的周圍發(fā)現(xiàn)了幾十個矮星系，完全不符合星系形成理論。這個現(xiàn)象究竟是意味著現(xiàn)有的星系形成理論需要修改，還是銀河系周圍其余的矮星系大多數(shù)都是由暗物質(zhì)構(gòu)成？這個問題只能通過科學(xué)家們在太空中繼續(xù)觀測，尋找銀河系邊緣的暗物質(zhì)星系才能回答。