暗物质晕：包裹银河系的隐形引力堡垒，中国天文学家如何揭开其形状密码？

在人类对宇宙的认知中，暗物质晕是最神秘却又最关键的存在之一：它是暗物质的主要聚集形态，包裹着银河系及几乎所有星系，总质量是可见物质的6-10倍，是维系星系结构、驱动星系演化的“隐形引力骨架”。其形状与演化直接关系到我们对暗物质本质、宇宙形成的核心理解，长期以来是天体物理领域的未解谜题。见闻网从中国科学院国家天文台获悉，中国天文学家领导的研究团队近日首创“时光动画”新方法，利用郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲空间局盖亚（Gaia）卫星数据，首次直接测量出银盘翘曲的进动方向与速率，在此基础上揭示了当前银河系的暗物质晕形状为接近球形的扁椭球，为暗物质研究填补了关键空白。

从“引力幽灵”到“星系骨架”：暗物质晕的本质与宇宙角色

暗物质是宇宙中占比高达85%的“隐形物质”，它不发光、不与电磁波相互作用，却通过引力效应被证实存在——星系旋转曲线的异常、宇宙微波背景辐射的涨落、引力透镜的扭曲现象等，都指向暗物质的真实存在。而暗物质晕则是暗物质在宇宙中的主要存在形式：几乎每个星系都镶嵌在一个巨大的暗物质晕中，星系的可见部分（恒星、气体、尘埃等）仅占暗物质晕总质量的10%左右，星系的动力学行为完全由暗物质晕的引力主导。

比如银河系的旋转曲线，根据牛顿力学，星系边缘的恒星运动速度应随距离增加而减慢，但实际观测显示，边缘恒星的速度几乎保持恒定，这说明存在大量不可见的暗物质晕提供额外引力。见闻网天文频道专家解读：“暗物质晕就像一个巨大的‘引力软垫’，支撑着星系的结构，防止星系在高速旋转中瓦解；同时，暗物质晕的形状和分布，决定了星系的形成、合并与演化路径，是理解宇宙大尺度结构的核心钥匙。”

银盘翘曲的“时光动画”：中国天文学家的突破性测量方法

传统研究暗物质晕的方法依赖对星系旋转曲线的间接测量，但这种方法存在较大误差——不同恒星星族会受到动力学扰动或加热效应影响，无法精准反映暗物质晕的真实形态。中国天文学家领导的研究团队首创“时光动画”新方法，利用不同年龄的造父变星样本，直接测量出银盘翘曲的进动方向和速率，从而反推出暗物质晕的形状。

造父变星是一种特殊的变星，其亮度会发生周期性变化，周期与光度严格相关，因此被称为测量天体距离的“标准烛光”；同时其年龄也与周期直接相关，可作为测量恒星年龄的“时钟”。研究团队利用LAMOST望远镜的海量光谱数据和Gaia卫星的高精度天体测量数据，筛选出不同年龄的造父变星样本，通过分析这些样本的位置和运动轨迹，构建出银盘翘曲的“时光动画”——即银盘翘曲随时间的动态变化过程。而银盘翘曲的进动速率和方向，直接由暗物质晕的形状决定：若暗物质晕为球形，银盘翘曲的进动速率会更慢；若为扁椭球，进动速率会显著加快。

接近球形的扁椭球：银河系暗物质晕的真实形态揭秘

基于“时光动画”方法的精准测量结果，研究团队最终揭示：当前银河系的暗物质晕形状为接近球形的扁椭球，其扁率约为0.9（即短轴长度是长轴的90%），几乎接近完美的球形。这一结果推翻了此前部分理论模型提出的“银河系暗物质晕为高度扁长椭球”的假设。

暗物质晕的形状为何重要？因为它直接反映了暗物质的本质：如果暗物质晕是球形，说明暗物质粒子的相互作用极弱，符合冷暗物质模型的核心假设；如果是高度扁长的椭球，则可能指向暗物质粒子存在较强的自相互作用，需要修正现有暗物质模型。此次研究结果明确支持了冷暗物质模型的核心假设，为暗物质的本质研究提供了关键观测证据。论文共同第一作者和通讯作者、中国科学院大学副教授黄样表示：“这一成果为研究银河系暗物质晕的演化提供了重要锚点，我们可以通过追踪暗物质晕的形状变化，还原银河系从早期宇宙到现在的完整演化历程。”

暗物质晕研究的未来：从观测到实验的多重突破路径

尽管中国天文学家的研究取得了突破性进展，但暗物质晕的研究仍有大量未解之谜：暗物质晕的形状如何随时间演化？暗物质晕的内部结构是怎样的？暗物质粒子与可见物质的相互作用是否存在？这些问题需要多维度的观测和实验来解答。

在观测方面，未来郭守敬望远镜（LAMOST）的后续巡天、中国空间站的巡天望远镜（CSST）将提供更多高精度的天体测量数据，帮助天文学家更精准地测量暗物质晕的形状和演化；在实验方面，中国的锦屏地下实验室、欧洲的XENONnT实验等，正在寻找暗物质粒子的直接信号，一旦成功，将彻底揭开暗物质的本质，也能更直接地解释暗物质晕的形成与演化。见闻网独家获悉，中国科学院国家天文台正在规划一项针对暗物质晕的专项观测计划，将结合LAMOST、CSST和未来的引力波探测器数据，构建银河系暗物质晕的三维演化模型，为暗物质研究提供更全面的观测支撑。

宇宙观的重塑：暗物质晕研究如何改变我们对宇宙的认知？

暗物质晕的研究不仅仅是天体物理领域的专业问题，更关系到人类对宇宙的基本认知：如果暗物质的本质被揭开，我们将重新理解宇宙的形成与演化——从早期宇宙的小尺度结构形成，到星系的诞生与成长，再到宇宙未来的命运。

比如此次研究揭示的银河系暗物质晕是接近球形的扁椭球，说明银河系在演化过程中，没有受到大质量星系的强烈撞击，因为大质量星系的合并会导致暗物质晕变得高度扁长；而如果未来观测到其他星系的暗物质晕形状差异较大，说明不同星系的演化历程有着显著不同。这些发现将帮助我们构建更精准的宇宙演化模型，回答“我们从哪里来？宇宙将走向哪里？”这些终极问题。

总结来说，暗物质晕是宇宙中隐藏的引力骨架，它的形状和演化是理解暗物质本质、宇宙形成的核心关键。中国天文学家首创的“时光动画”方法，首次直接测量出银河系暗物质晕的形状为接近球形的扁椭球，为暗物质研究带来了突破性进展。随着观测技术的提升和实验的推进，我们终将揭开暗物质的神秘面纱，重塑人类对宇宙的认知。

不妨思考一下：如果暗物质粒子被直接探测到，暗物质晕的演化模型会发生怎样的改变？银河系的暗物质晕在未来100亿年里，会随着银河系的演化发生怎样的形状变化？这些问题的答案，等待着天文学家的探索，也值得每一个对宇宙好奇的人持续关注。见闻网将持续追踪暗物质研究的最新进展，为您带来最专业、最及时的解读。