陈厚尊

暗物质决定了宇宙今天的形貌

暗物质，尤其是冷暗物质的演化，决定了如今我们所见宇宙的模样。这是天文学家研究暗物质多年以后达成的一个共识。21世纪初，许多新上马的大型巡天项目都证实了一件事：星系在宇宙空间中的分布并不均匀，而是排列成一些巨大而怪异的片状结构或纤维状结构，前者称为星系墙，后者称为星系纤维。这是目前已知的宇宙中最大的结构。而在更大的尺度上，宇宙的物质分布就变得均匀了。事实上，宇宙的均匀性和各向同性也是现代宇宙学的两个基本假设。典型的星系纤维尺度约为3亿光年，几条星系纤维相接的点称为节点，是宇宙中物质密度最高的地方。纤维和墙围成的区域称为空洞，空洞内的星系密度远低于纤维和节点。那里没有恒星，没有星云，就连暗物质都很难侦测到，堪称宇宙中最荒凉的地方。星系墙、星系纤维、节点和空洞合称为宇宙的大尺度结构（LSS，Large-scale Structure）。

宇宙中的星系团为什么会组成墙、节点、纤维、空洞等大尺度结构？威尔金森微波各向异性探测器绘制的全天微波背景辐射分布图，展现了宇宙大爆炸后38万年背景辐射能量的全天分布情况。彼时，对应的红移值约为1100（大爆炸时对应的红移值是无穷大）。由于时空的膨胀效应，宇宙中辐射的波长一直在拉长。当宇宙年龄为38万岁的时候，物质与辐射间发生了退耦。这意味着辐射光子可以在时空中自由穿行，成为一种背景辐射，蔓延至太空的各个角落。……