暗物質的真正本質是宇宙中最大的謎團之一。科學家們正試圖確定暗物質究竟是由什麼構成的，以便他們能夠直接探測到它，但是我們目前的理解存在很多差距，很難知道我們在尋找什麼。

• 在這張哈勃望遠鏡圖像中，星系之間糾纏著神秘的藍光弧。這些實際上是星團後面的遙遠星系的扭曲圖像。所有被困在星團內的正常和暗物質的集體引力扭曲時空，影響穿過星團向地球傳播的光。

美國宇航局的廣域紅外測量望遠鏡（WFIRST），旨在揭開暗能量和暗物質的秘密。它能夠測量宇宙的大片區域，將有助於我們通過探索物質和暗物質在空間和時間上的結構和分佈，找出暗物質可以由什麼構成。

為什麼暗物質如此令天文學家費解呢？在80多年前，科學家首次懷疑它的存在，當時瑞士裔美國天文學家弗裡茨·茲威基觀察到，科馬星系團中的星系移動得如此之快，它們本應該被拋向太空——然而它們仍然受到拉拽的引力，而這些引力的來源聚集由看不見的物質組成。

然後，在20世紀70年代，美國天文學家維拉·魯賓在單個螺旋星系中發現了同樣的問題。向星系邊緣的恆星移動得太快，無法被星系的發光物質所控制——在這些星系中，容納恆星的物質肯定比我們所能看到的要多得多。自從這些發現以來，科學家們一直試圖利用稀疏的線索來揭示這個謎題。

目前有廣泛的暗物質候選者。我們甚至不太瞭解暗物質粒子的質量，這使得我們很難找出如何最好地尋找它們。廣域紅外測量望遠鏡（WFIRST）的廣域調查將全面觀察星系和星系團在宇宙中的分佈情況，這是迄今進行的最詳細的暗物質研究，這要歸功於暗物質的引力效應。這些調查將使人們對暗物質的基本性質產生新的見解，這將使科學家能夠檢驗他們的搜索技術。

大多數關於暗物質粒子本質的理論表明，它們從不與正常物質相互作用。即使有人把一大塊暗物質掉在你的頭上，你也可能什麼也察覺到。你沒有任何方法來檢測它的存在——當涉及到暗物質時，你所有的感官都是毫無意義的。你甚至不能阻止它直接穿過你的身體，朝地球核心飛去。

這在常規物質（如貓或人）上不會發生，因為地面原子和我們體內的原子之間的力阻止我們從地球表面墜落，但暗物質卻異常地呈現。暗物質是如此的不顯眼，以致於對於以我們眼睛看不到的光的形式觀察宇宙的望遠鏡來說，從無線電波到高能伽馬射線，甚至都是看不見的。

"鏡頭"暗物質

如果暗物質是看不見的，我們怎麼知道它的存在？雖然暗物質在大多數情況下，不會與正常物質相互作用，但它確實對正常物質產生引力影響（這是幾十年前首次發現的結果），所以我們可以通過觀察星系團來繪製它的存在圖，星系團是宇宙中最龐大的結構。

光總是以直線傳播，但時空——宇宙的結構——是由它內部的質量濃度彎曲的。因此，當光線經過一個質量時，其路徑也曲線：曲線空間中的直線。通常會在星系團附近通過的光會向星系團彎曲，從而產生背景源的增強性（有時是多個）圖像。這個過程被稱為強引力透鏡，將星系團轉化為巨大的自然望遠鏡，讓我們瞥見那些通常太微弱而看不見遠的宇宙天體。

由於更多的物質導致更強的透鏡效應，引力透鏡觀測提供了一種確定星系團中物質的位置和數量的方法。科學家發現，我們在星系團中看到的所有可見物質都不足以產生觀測到的翹曲效應，因為暗物質提供多餘的引力。

威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）

科學家通過測量早期宇宙中有多少物質是"正常"的，以及使用美國宇航局的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）等實驗，證實了早先的觀測結果。”即使正常物質構成我們所能看到的一切，宇宙也必須包含五倍以上的暗物質，以適應觀測結果。“

廣域紅外測量望遠鏡（WFIRST）將利用所謂的弱引力透鏡來建立先前的暗物質研究，它跟蹤小團塊暗物質如何扭曲更遙遠星系的明顯形狀。它通過觀察這種更精細的尺度上的透鏡效應，將使科學家能夠填補我們對暗物質的理解中更多的空白。

這次任務將測量數億個星系中正常物質和暗物質的位置和數量。縱觀宇宙史，暗物質驅動著恆星和星系的形成和演化。如果暗物質由重而緩慢的粒子組成，它很容易聚集在一起，廣域紅外測量望遠鏡（WFIRST）應該看到宇宙歷史的早期星系的形成。如果暗物質是由更輕、移動速度更快的粒子構成的，那麼形成團塊和形成大規模結構需要更長時間。

廣域紅外測量望遠鏡（WFIRST）的引力透鏡研究將使我們能夠追溯時間，以追蹤星系和星系團是如何在暗物質影響下形成的。如果天文學家能夠縮小暗物質粒子的候選範圍，我們將更接近於它們，最終在地球上的實驗中直接探測它們。

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