NASA 罗曼空间望远镜将尝试利用引力透镜破解暗物质之谜

本站 6 月 21 日消息，NASA 计划于 2027 年投运的南希・格蕾丝・罗曼空间望远镜将运用爱因斯坦 1916 年首次预言的空间弯曲效应（引力透镜效应）破解科学界最重大谜题之一：暗物质的本质。

根据广义相对论，大质量天体弯曲时空结构（时空四维统一体）时，背景光源穿过宇宙“凹陷”区域将发生路径偏折。

最新研究表明，罗曼望远镜实施大规模宇宙巡天时捕获的图像可能包含约 16 万个引力透镜，其中约 500 个具备研究宇宙最神秘物质 —— 暗物质的理想条件。

研究负责人、圣路易斯华盛顿大学麦克唐纳空间科学中心研究员 Tansu Daylan 表示：“我们最终要解答的是：构成暗物质的究竟是什么粒子？尽管已知暗物质部分特性，但其基本构成仍属未知。罗曼望远镜将帮助解析暗物质在小尺度上的分布模式，进而揭示其粒子本质。”

科学家普遍认为，暗物质占宇宙物质总量约 85%，但因不与光（电磁辐射）相互作用而无法直接观测。这意味着：

暗物质不可由电子 / 质子 / 中子等常规粒子构成

其仅通过引力（宇宙四大基本力之一）弯曲时空

背景光源穿越暗物质富集区时产生路径偏折

当背景星系光线穿过大质量天体（如星系）时：

光线弯曲程度取决于途经位置与质量中心的距离

同源光线可能因路径差异分时抵达望远镜

形成放大背景源、多重成像（如爱因斯坦环 / 十字）等效应

Daylan 表示，“这种效应会产生背景星系的多重放大畸变图像，通过测量这些‘复制影像’，可精确计算透镜星系的质量分布。”

罗曼望远镜搭载了 3 亿像素广域观测仪器，观测精度相当于在两个半的美式橄榄球场（约 274 米）外测量人类发丝直径；其图像尺寸达哈勃望远镜的 200 倍，不仅能大幅增加引力透镜样本量，更将捕捉到：

更小尺度的天体透镜现象

暗物质微小聚集体的微弱弯曲效应

另一位研究员 Bryce Wedig 表示：“探测引力透镜中的暗物质团如同微小概率游戏。凭借罗曼望远镜，我们能撒开大网并期待高频捕获。虽然图像中看不见暗物质（它不可见），但可测量其效应。”

Daylan 总结道：“我们将突破观测极限，利用罗曼发现的每个引力透镜锁定暗物质的粒子本质。”

相关研究成果已于 6 月 5 日发表于《天体物理学杂志》。本站附论文地址：DOI10.3847/1538-4357/adc24f