20世紀(jì)70年代，美蘇雙方的研究團(tuán)隊(duì)都提出假設(shè)，一種未知的物質(zhì)可能構(gòu)成了

宇宙中的大部分質(zhì)量。

1974年發(fā)表的兩篇論文改變了我們對(duì)宇宙面貌的認(rèn)識(shí)。兩篇文章由美國和愛沙尼亞的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立撰寫，并且都指出星系的質(zhì)量和范圍是以前認(rèn)為的10倍。這兩個(gè)小組結(jié)合了各種天文觀測結(jié)果后給出結(jié)論：宇宙的大部分質(zhì)量都隱藏在星系周圍的不可見空間中。這進(jìn)一步說明，宇宙本身也比以前認(rèn)為的要重10倍，這可能會(huì)改變?nèi)祟悓?duì)宇宙命運(yùn)的理解。1999年《天體物理學(xué)雜志》百年刊上的一篇評(píng)論寫道，這一觀點(diǎn)是“我們對(duì)星系結(jié)構(gòu)、星系形成和宇宙學(xué)理解的分水嶺”?？梢哉f，50年前的這兩篇論文讓我們發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在。

如今，暗物質(zhì)不僅是現(xiàn)代宇宙學(xué)的支柱之一，也是其核心難題之一。分布在整個(gè)宇宙中的不可見物質(zhì)的存在是理解宇宙結(jié)構(gòu)和演化的關(guān)鍵：它解釋了星系是如何運(yùn)動(dòng)的，以及它們最初存在的原因。但與此同時(shí)，經(jīng)過幾十年的專門研究和實(shí)驗(yàn)，暗物質(zhì)的確切性質(zhì)——這些物質(zhì)實(shí)際上是由什么組成的——仍然未知。目前，數(shù)十項(xiàng)大規(guī)模的國際實(shí)驗(yàn)工作，包括在地下礦井和空間站的實(shí)驗(yàn)，正試圖探測一些暗物質(zhì)候選者存在的證據(jù)。1974年的那兩篇論文構(gòu)成了這些想法的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了我們在理解宇宙的征程上一個(gè)令人振奮的新時(shí)代。

我們來說一說這兩篇論文是如何提出暗物質(zhì)理論的。這個(gè)故事與通常的暗物質(zhì)研究歷史不同，后者通常以天文學(xué)家弗里茨 · 茲威基（Fritz Zwicky）和薇拉 · 魯賓（Vera Rubin）的角色為中心。在20世紀(jì)30年代，茲威基發(fā)現(xiàn)，如果沒有額外的質(zhì)量，星系團(tuán)中的星系是不穩(wěn)定的。而在20世紀(jì)70年代，魯賓觀察到星系的旋轉(zhuǎn)速度比它們的發(fā)光質(zhì)量給出的速度要快。天文學(xué)教科書通常利用這些觀測結(jié)果作為暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

但事實(shí)和觀測并不能真正說明歷史的細(xì)節(jié)。為了理解暗物質(zhì)的起源，我們需要知道茲威基、魯賓和其他人之前的觀察結(jié)果是如何被解釋為暗物質(zhì)存在的證據(jù)的。它們是在什么樣的背景下被用來證明宇宙中有大量的缺失物質(zhì)的？是誰開始關(guān)注到這些，原因又是什么？這些事實(shí)際上是50年前在美蘇雙方獨(dú)立發(fā)生的。

尋找兩個(gè)數(shù)字

一部分故事始于一位多產(chǎn)的年輕天體物理學(xué)家杰里邁亞 · 奧斯特里克（Jeremiah Ostriker）。作為一名研究恒星的專家，奧斯特里克于1959年獲得哈佛大學(xué)物理和化學(xué)學(xué)士學(xué)位，然后在芝加哥大學(xué)跟隨蘇布拉馬尼揚(yáng) · 錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）攻讀博士學(xué)位。錢德拉塞卡以恒星天體物理學(xué)的開創(chuàng)性工作而聞名，這使他獲得了1983年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在錢德拉塞卡的領(lǐng)導(dǎo)下，奧斯特里克開始了恒星及其自轉(zhuǎn)方面的研究。他博士階段的研究表明，恒星在解體前旋轉(zhuǎn)的速度有一個(gè)嚴(yán)格的限制。在劍橋大學(xué)短暫工作后，奧斯特里克于1965年在普林斯頓大學(xué)獲得助理教授職位，在那里他繼續(xù)投身于恒星物理學(xué)方面的工作。

奧斯特里克的研究領(lǐng)域——恒星的性質(zhì)和演化——自20世紀(jì)30年代以來一直是天文學(xué)的主要研究方向。但該領(lǐng)域的焦點(diǎn)在20世紀(jì)60年代開始迅速轉(zhuǎn)移。在冷戰(zhàn)時(shí)期技術(shù)發(fā)展的幫助下，天文學(xué)家開始通過電磁波譜的觀測為研究宇宙打開新的窗戶。人們對(duì)愛因斯坦的廣義相對(duì)論重新產(chǎn)生了興趣。天文學(xué)工作人員急劇增加，新一代研究人員開始觀察銀河系內(nèi)外的新現(xiàn)象，包括類星體、脈沖星和宇宙微波背景。宇宙學(xué)成為年輕天體物理學(xué)家的全新研究焦點(diǎn)。

包括奧斯特里克在內(nèi)的新一代人開始與埃德溫 · 哈勃（Edwin Hubble）的經(jīng)典宇宙學(xué)研究分道揚(yáng)鑣。艾倫 · 桑德奇（Allan Sandage）在1970年2月的《今日物理》文章標(biāo)題中稱之為“尋找兩個(gè)數(shù)字”：測量宇宙膨脹的哈勃UBSbVDlE++xBkTcttfydxmLKlZROe3bhn5krQTjWtXM=常數(shù)，以及量化膨脹放緩速度的減速因子。20世紀(jì)60年代末，新西蘭天文學(xué)家比阿特麗斯 · 廷斯利（Beatrice Tinsley）及其同事發(fā)現(xiàn)，星系的亮度會(huì)隨著年齡的增長而變化。正如奧斯特里克在一次采訪中回憶的那樣，這項(xiàng)工作引起了人們對(duì)傳統(tǒng)想法的“懷疑”?！巴蝗婚g，我們意識(shí)到星系會(huì)演化?！彼f。隨著這一發(fā)現(xiàn)，哈勃的一些經(jīng)典宇宙學(xué)測試被認(rèn)為是不可靠的。相反，研究人員開始利用觀測來研究星系及宇宙中存在的許多物理過程。

到1971年，當(dāng)奧斯特里克被提升為普林斯頓大學(xué)的正教授時(shí)，他已經(jīng)將注意力從恒星轉(zhuǎn)移到了星系。他利用自己在恒星演化方面的專業(yè)知識(shí)，展示了恒星演化過程如何影響星系在其生命周期內(nèi)的總光度。奧斯特里克深入研究的另一個(gè)問題則是受到了他關(guān)于旋轉(zhuǎn)恒星的研究生工作的啟發(fā)：旋轉(zhuǎn)星系如何在其生命周期內(nèi)保持穩(wěn)定？然而，要回答這個(gè)問題，需要用計(jì)算機(jī)對(duì)星系進(jìn)行建?！獖W斯特里克對(duì)此并不熟悉。他轉(zhuǎn)向同事詹姆斯 · 皮布爾斯（James Peebles）尋求幫助。

星系能存活嗎？

皮布爾斯在加拿大曼尼托巴省溫尼伯出生并長大，在1958年到普林斯頓大學(xué)學(xué)習(xí)物理之前，他獲得了曼尼托巴大學(xué)的學(xué)士學(xué)位。盡管皮布爾斯最初從事粒子物理學(xué)研究，但他最終被引力物理學(xué)家羅伯特 · 迪克（Robert Dicke）的工作吸引。1960年，迪克以其獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)測試不同的引力理論的方法而聞名。1964年，迪克要求皮布爾斯考慮宇宙早期炎熱而稠密的環(huán)境中潛在殘留物的后果，即天空中可觀測到的宇宙微波背景。1965年觀測到宇宙微波背景時(shí)，皮布爾斯正經(jīng)歷現(xiàn)代大爆炸理論的搖籃時(shí)代。作為新的“物理”宇宙學(xué)的先驅(qū)之一，他研究了大爆炸中核元素的合成、星系的形成和宇宙結(jié)構(gòu)等方向，并因此獲得了2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

當(dāng)奧斯特里克敲門時(shí)，皮布爾斯剛剛從美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯著名的核研究設(shè)施回來，在那里他被邀請(qǐng)幫助研究1969年一顆衛(wèi)星探測到的高能伽馬輻射的閃光。（盡管探測器是一顆用于監(jiān)測核武器試驗(yàn)的衛(wèi)星，但那次閃光后來被確認(rèn)為是首次探測的伽馬射線爆發(fā)。）皮布爾斯很好地利用了這次訪問：他使用了該設(shè)施的超級(jí)計(jì)算機(jī)——它通常用于模擬核武器和爆炸——首次模擬了宇宙中的星系團(tuán)。結(jié)果表明，在重力作用下，均質(zhì)的物質(zhì)濃湯會(huì)逐漸結(jié)塊。

回到普林斯頓后，根據(jù)奧斯特里克的建議，皮布爾斯利用他的計(jì)算機(jī)穿孔卡的靈巧性，“敲出了一些多體結(jié)構(gòu)”。準(zhǔn)確地說，是500個(gè)物體：他的模型通過使用重力作用下在圓盤中移動(dòng)的星狀粒子來模擬星系的穩(wěn)定性。奧斯特里克和皮布爾斯很快發(fā)現(xiàn)，他們模型中的旋轉(zhuǎn)星系“快速且非常不穩(wěn)定”。在他們的計(jì)算中，恒星盤在單次旋轉(zhuǎn)后就會(huì)解體。

一定有些不對(duì)勁的地方。眾所周知，銀河系的存在時(shí)間比一次自轉(zhuǎn)要長得多。那么，它是如何在真實(shí)的宇宙中生存下來的呢？他們認(rèn)為，需要重新思考星系質(zhì)量的分布。他們沒有假設(shè)所有質(zhì)量都位于明亮的圓盤中，而是認(rèn)為更多的質(zhì)量位于星系的球形凸起中，他們稱之為“暈”。這個(gè)暈將有助于在星系旋轉(zhuǎn)時(shí)保持穩(wěn)定。

很少有星系動(dòng)力學(xué)家對(duì)奧斯特里克和皮布爾斯的新想法充滿熱情。除了其他懷疑的原因外，大家尚不清楚他們的分析是否適用于所有星系。它能解釋那些不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的星系嗎？如果可以，那么一個(gè)巨大的光環(huán)是防止不穩(wěn)定的唯一方法嗎？許多天文學(xué)家同意麻省理工學(xué)院天文學(xué)家阿拉爾 · 圖姆雷（Alar Toomre）的觀點(diǎn)，他在奧斯特里克和皮布爾斯于1973年發(fā)表論文的幾個(gè)月后稱這一想法為“一次真正的偏頭痛”。

宇宙的質(zhì)量

盡管奧斯特里克和皮布爾斯的論點(diǎn)仍然存在爭議，但它成功地激勵(lì)了當(dāng)時(shí)休假的以色列特拉維夫大學(xué)講師阿莫斯 · 葉希爾（Amos Yahil）。葉希爾于1970年在加州理工學(xué)院獲得了博士學(xué)位，但他對(duì)粒子物理學(xué)領(lǐng)域的研究并不滿意，于是轉(zhuǎn)向了宇宙學(xué)。1971年至1973年，他在新澤西州普林斯頓高級(jí)研究所做博士后時(shí)，開始研究宇宙中的質(zhì)量分布，而這被認(rèn)為是理解膨脹宇宙命運(yùn)的關(guān)鍵參數(shù)之一。宇宙是否“開放”，即它是否會(huì)永遠(yuǎn)膨脹？或者它是“封閉的”，這意味著它的質(zhì)量如此之大，以至于在遙遠(yuǎn)未來的某個(gè)時(shí)候，重力會(huì)導(dǎo)致它再次坍塌于一點(diǎn)？

為了研究宇宙的質(zhì)量分布，葉希爾開始對(duì)星系團(tuán)進(jìn)行建模。盡管其他研究人員使用清晰的空間邊界對(duì)星系團(tuán)進(jìn)行了建模，但葉希爾觀察到了一些奇怪的現(xiàn)象：星系計(jì)數(shù)表明星系團(tuán)沒有明確的截止點(diǎn)。換句話說，星團(tuán)的密度似乎沒有明顯的空間上的臨界點(diǎn)。1972年，在聽了奧斯特里克關(guān)于大質(zhì)量星系暈可能性的演講后，葉希爾開始懷疑星系是否像星團(tuán)一樣，也缺乏質(zhì)量突然結(jié)束的明確臨界點(diǎn)。他向奧斯特里克發(fā)送了一份關(guān)于這一主題的草稿，開始了他們成效顯著的合作。

奧斯特里克本人也受到了暈想法的啟發(fā)。他在一次采訪中回憶道：“如果圓盤不主導(dǎo)星系質(zhì)量內(nèi)部，那么也許它也不會(huì)主導(dǎo)外部。”奧斯特里克和葉希爾開始合作，看看他們的想法是否真的成立。如果一個(gè)球形暗成分在星系的外緣總是占主導(dǎo)地位，該怎么辦？兩人很快邀請(qǐng)剛剛寫了一本關(guān)于宇宙學(xué)和宇宙質(zhì)量分布的教科書的皮布爾斯加入他們的合作。

該團(tuán)隊(duì)從各個(gè)天文學(xué)子學(xué)科收集了星系質(zhì)量的動(dòng)態(tài)測量數(shù)據(jù)。這些測定基于解釋宇宙物體運(yùn)動(dòng)所需的引力。它們包括星系對(duì)、小星系群和大星系團(tuán)以及旋轉(zhuǎn)星系。三人發(fā)現(xiàn)，星系質(zhì)量的動(dòng)態(tài)測量值隨著星系半徑的增加而不斷增加。換句話說，測量得越遠(yuǎn)，系統(tǒng)質(zhì)量就越高——即使是星系發(fā)光盤之外的測量結(jié)果。他們在1974年10月發(fā)表的論文中得出結(jié)論：“普通星系的質(zhì)量可能被嚴(yán)重低估?！毙窍禌]有明確的邊界，但被延伸的、看不見的大質(zhì)量暈包圍著，它們可能是“暗淡的恒星”。加在一起之后，這些隱藏的暈大大增加了宇宙的質(zhì)量，這表明宇宙可能是封閉的。

蘇聯(lián)一側(cè)的平行研究

在蘇聯(lián)，普林斯頓以東近6500公里處，也得出了類似的結(jié)論。當(dāng)尤里 · 加加林（Yuri Gagarin）于1961年進(jìn)入太空時(shí)，蘇聯(lián)正在陸地上培養(yǎng)一支強(qiáng)大的宇宙物理學(xué)隊(duì)伍。它的主要推動(dòng)者之一是雅科夫 · 澤爾多維奇（Yakov Zeldovich），一位以20世紀(jì)40年代蘇聯(lián)核彈項(xiàng)目工作而聞名的物理學(xué)家。他開始召集一群聰明的物理學(xué)家來解決宇宙問題。與迪克在美國的團(tuán)隊(duì)并行工作期間，澤爾多維奇和他的團(tuán)隊(duì)很快因其在中微子、類星體、黑洞和宇宙微波背景方面的工作而享譽(yù)國際。澤爾多維奇在莫斯科國立大學(xué)斯特恩伯格天文研究所每周兩小時(shí)的研討會(huì)成為宇宙學(xué)研究的中心，吸引了來自蘇聯(lián)各地的科學(xué)家。

1971年，一位名叫詹 · 埃納斯托（Jaan Einasto）的42歲的天文學(xué)家主持了斯特恩伯格研討會(huì)，他從距離塔爾圖市20公里的小鎮(zhèn)托拉維爾乘火車前往當(dāng)時(shí)的愛沙尼亞蘇維埃社會(huì)主義共和國。塔爾圖天文臺(tái)原來位于托拉維爾城內(nèi)，1964年遷至城外，埃納斯托在遷址過程中幫了忙。愛沙尼亞的天文遺產(chǎn)可以追溯到19世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)著名的波羅的海德國天文學(xué)家弗里德里希 · 馮 · 斯特魯夫（Friedrich von Struve）通過對(duì)雙星的觀測幫助塔爾圖天文臺(tái)聲名鵲起。埃納斯托是戰(zhàn)后愛沙尼亞天文學(xué)新一代的一員。

埃納斯托受邀前往莫斯科討論星系的新理論模型，這是他在格里戈里 · 庫茲明（Grigori Kuzmin）指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位以來一直在研究的課題。埃納斯托與廷斯利以及美國其他天文學(xué)家并行工作，旨在通過模擬星系的光度和物質(zhì)分布，從數(shù)學(xué)上描述和理解星系的演化。最重要的是，他的目標(biāo)是通過使用已知的恒星群來精確地模擬星系。根據(jù)現(xiàn)有的觀測結(jié)果，他模擬了恒星群在星系各部分中的分布，如凸起、核心和圓盤等部分。在莫斯科，他舉辦了一場研討會(huì)，討論他最近建立的仙女座星系模型。仙女座星系是銀河系最近的鄰居。這引起了澤爾多維奇的興趣，他邀請(qǐng)埃納斯托出席高加索山脈一年一度的蘇聯(lián)天體物理學(xué)冬季學(xué)會(huì)。

到1972年，就仙女座星系模型進(jìn)行了多次對(duì)話后，埃納斯托在一次采訪中回憶道，他陷入了“僵局”。他偶然發(fā)現(xiàn)了西弗吉尼亞州格林班克國家射電天文臺(tái)的射電天文學(xué)家莫頓 · 羅伯茨（Morton Roberts）的一篇論文，該論文使用氫云來模擬仙女座星系的自轉(zhuǎn)。羅伯茨的數(shù)據(jù)顯示，這些云沿著銀河系邊緣移動(dòng)得非?？?，超出了圓盤中可見的恒星。有什么可以解釋銀河系邊緣的現(xiàn)象？“沒有任何恒星群體的組合能夠解釋星系的自轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)?！卑＜{斯托在他的自傳中寫道。這是一個(gè)埃納斯托無法解決的問題，直到他與天文臺(tái)的一位同事談到了這一點(diǎn)。

高加索地區(qū)的一枚炸彈

正是同事、宇宙學(xué)家恩 · 薩爾（Enn Saar）幫助埃納斯托上了一堂寶貴的引力物理學(xué)課。薩爾是兩名愛沙尼亞漁民的兒子，從小就帶著火柴和報(bào)紙步行上高中，以抵御狼群，并對(duì)宇宙有著濃厚的興趣。1972年，在宇宙學(xué)家阿爾費(fèi)德 · 撒帕（Arved Sapar）的指導(dǎo)下，薩爾在塔爾圖大學(xué)為他的大爆炸宇宙學(xué)博士學(xué)位答辯后不久，開始與埃納斯托討論星系外緣建模的問題。薩爾在一次采訪中說，“想法有所差異”。他在宇宙學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)使他認(rèn)為擴(kuò)展星系幾乎沒有問題。他說，沒有邊界是“任何引力體的正常狀態(tài)”。也許有比肉眼看到的更多的東西，因此星系可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它們的發(fā)光盤。

對(duì)于埃納斯托來說，薩爾的見解意味著“放棄星系中只存在已知恒星群體的想法”。它們可能被一個(gè)性質(zhì)未知的新群體包圍。埃納斯托和薩爾將這種看不見的群體命名為“星系冕”。埃納斯托在1972年雅典舉行的第一屆歐洲天文會(huì)議上提出了他的想法。他在摘要中寫道：“星系可能被巨大的冕包圍著?！卑＜{斯托提出，“未知物質(zhì)”可能以“稀薄電離氣體”的形式存在。埃納斯托在一次采訪中回憶道，人們對(duì)他在雅典的演講的反應(yīng)是冷淡的。這種反應(yīng)讓他下定決心要找到更多的數(shù)據(jù)來支持他的說法。

在蘇聯(lián)，這不是一個(gè)小任務(wù)。據(jù)說，以與卡爾 · 薩根（Carl Sagan）合作而聞名的俄羅斯著名天文學(xué)家約瑟夫 · 什克洛夫斯基（Iosif Shklovsky）曾開玩笑說，蘇聯(lián)所有的天文觀測都是通過美國的《天體物理學(xué)雜志》進(jìn)行的，因?yàn)樘K聯(lián)天文學(xué)家經(jīng)常受到天氣條件和設(shè)備問題的阻礙。但即使在蘇聯(lián)，尤其是在遠(yuǎn)離列寧格勒或莫斯科等科學(xué)中心的愛沙尼亞，獲得美國期刊也并非易事。埃納斯托經(jīng)常被迫使用國外旅行津貼來購買《天體物理學(xué)雜志》等出版物。

通過對(duì)國際文獻(xiàn)的艱苦搜索，埃納斯托發(fā)現(xiàn)了長期存在的“茲威基問題”：星系團(tuán)和星系團(tuán)中的星系似乎移動(dòng)得如此之快，以至于它們要么正在爆炸，要么需要大量額外的質(zhì)量來穩(wěn)定它們。埃納斯托發(fā)現(xiàn)了關(guān)于星系群和星系對(duì)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將補(bǔ)充羅伯茨的星系旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并有力地證明了看不見質(zhì)量的冕一定存在。他還了解到，X射線研究表明，星系沒有足夠的電離氣體來解釋其冕中的所有質(zhì)量。這一知識(shí)促使他假設(shè)，質(zhì)量可能由類似新的恒星群體的東西組成。埃納斯托與薩爾和當(dāng)?shù)貙W(xué)生昂斯 · 卡西克（Ants Kaasik）一起努力計(jì)算。

1974年1月，他們在高加索地區(qū)澤爾多維奇的年度冬季學(xué)會(huì)上展示了他們的作品。在歐洲最高峰厄爾布魯士山的背景下，埃納斯托分享了他對(duì)星系冕的看法：星系周圍一定有一個(gè)未知的非恒星物質(zhì)群。正如他后來寫道的那樣，這“就像炸彈爆炸了一樣”。澤爾多維奇團(tuán)隊(duì)中狂熱的年輕物理學(xué)家立即開始進(jìn)行粗略的計(jì)算：冕可能由氣體或中微子云組成嗎？當(dāng)埃納斯托、薩爾和卡西克開始為蘇聯(lián)天文刊物《天文學(xué)通報(bào)》撰寫他們的結(jié)論時(shí)，他們的主持人介入了?！皾蔂柖嗑S奇堅(jiān)持認(rèn)為這必須發(fā)表在一些非常重要的期刊上?！卑＜{斯托在一次采訪中說道。

在澤爾多維奇的建議下，埃納斯托和他的團(tuán)隊(duì)決定將他們的論文翻譯成英文，并將其發(fā)送給著名的英國雜志《自然》?！斑@是一個(gè)奇怪的想法，”薩爾說，“因?yàn)槲覀冎肋@幾乎是不可能的?！边@不僅是他們在如此著名的英語期刊上發(fā)表的第一篇論文——在塔爾圖，在當(dāng)?shù)氐奶煳墓珗?bào)《塔爾圖天體物理觀測站通報(bào)》上發(fā)表結(jié)果長期以來一直是標(biāo)準(zhǔn)做法——而且當(dāng)時(shí)，克格勃會(huì)徹底檢查每一封發(fā)出的國際郵件。

這個(gè)過程很無聊：需要避免使用“原子”等簡單的科學(xué)詞匯，因?yàn)榘V迷于保密的克格勃審查人員可能會(huì)將它們與核武器聯(lián)系起來。研究小組對(duì)觀測證據(jù)的一項(xiàng)更正在這之后從未被添加進(jìn)去，因?yàn)樗麄兘o英國的回信被審查程序擱置，并在《自然》雜志付印后才送達(dá)。然而，這篇文章取得了成功。它于1974年7月問世，比普林斯頓大學(xué)的研究小組早幾個(gè)月。他們寫道：“有證據(jù)表明，星系被質(zhì)量超過已知恒星一個(gè)數(shù)量級(jí)的巨大的冕包圍。”他們的證據(jù)還表明，冕假說意味著宇宙的總質(zhì)量比以前認(rèn)為的大10倍，這意味著未知的暗物質(zhì)構(gòu)成了宇宙中大部分的物質(zhì)。

從異端到正統(tǒng)

在地球的兩側(cè)，埃納斯托和奧斯特里克的團(tuán)隊(duì)獨(dú)立地證明了暗物質(zhì)的存在。盡管在截然不同的政治背景下工作，但這兩個(gè)小組都涉及年輕天體物理學(xué)家和研究星系的宇宙學(xué)家之間的合作。他們提出的證據(jù)既不是簡單的證明，也不是像茲威基或魯賓那樣的單一觀察，而是使用不同論據(jù)組合的推理。正如皮布爾斯在采訪時(shí)所說：“最好的論據(jù)是什么？可以說沒有哪個(gè)是最好的。這個(gè)案例中沒有一個(gè)論據(jù)是令人信服的，但有如此之多的論據(jù)指向了同一個(gè)方向。”這兩篇論文是新興的物理宇宙學(xué)領(lǐng)域及其跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作以及方法論的典范：將來自不同尺度（從恒星和星系到星系團(tuán)）的數(shù)據(jù)和論點(diǎn)結(jié)合起來，形成一個(gè)統(tǒng)一的宇宙物理圖景。

盡管這些文件具有歷史意義，但并沒有立即受到熱烈歡迎。奧斯特里克說：“人們認(rèn)為這太瘋狂了。”薩爾回憶說：“大多數(shù)天文學(xué)家和物理學(xué)家根本不喜歡這個(gè)東西?！币恍┨煳膶W(xué)家對(duì)這些小組使用的部分?jǐn)?shù)據(jù)提出了異議。天體物理學(xué)家杰弗里 · 伯比奇（Geoffrey Burbidge）公開表達(dá)了他對(duì)這一想法的厭惡，并在兩篇論文發(fā)表幾個(gè)月后在《天體物理學(xué)雜志》上進(jìn)行了嚴(yán)厲的回應(yīng)?！芭c埃納斯托等人和奧斯特里克等人獲得的結(jié)果相反，”伯比奇在論文中寫道，“沒有明確的動(dòng)力學(xué)證據(jù)表明星系有非常大的暈?！彼貏e批評(píng)了這樣一種假設(shè)，即人們可以通過觀察星系的動(dòng)力學(xué)來測量星系的質(zhì)量。

直到20世紀(jì)70年代后期，失蹤物質(zhì)假說——星系被冕或不可見質(zhì)量的光暈包圍的想法——才成為天文學(xué)和宇宙學(xué)思想的主要內(nèi)容。普林斯頓大學(xué)和塔爾圖大學(xué)的團(tuán)隊(duì)都在努力爭取，希望他們的提議被接受。1975年，埃納斯托在愛沙尼亞塔林組織了一次會(huì)議，與澤爾多維奇和他的學(xué)生討論了看不見的冕的可能性。同年，他在格魯吉亞第比利斯舉行的第三屆歐洲天文學(xué)會(huì)議上設(shè)立了一個(gè)關(guān)于“失蹤質(zhì)量”的專門會(huì)議。1976年，奧斯特里克在美國國家科學(xué)院的一次演講中為自己的觀點(diǎn)辯護(hù)，他認(rèn)為“大部分質(zhì)量不是普通的太陽型恒星，而是其他一些黑暗的恒星”。此時(shí)，大多數(shù)機(jī)構(gòu)的態(tài)度已經(jīng)有了一百八十度的翻轉(zhuǎn)?！皟赡陜?nèi)，我們從異端變成了正統(tǒng)?！比~希爾說。

1977年后，他們的論點(diǎn)得到了更多的支持。光學(xué)和射電天文學(xué)家發(fā)表了新的星系旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，顯示出更多看不見的質(zhì)量的跡象。宇宙學(xué)家開始提出理論，認(rèn)為缺失的物質(zhì)會(huì)影響星系的形成。粒子物理學(xué)家將這種神秘物質(zhì)與宇宙中中微子的潛在背景聯(lián)系起來。在這兩種情況下，理論物理學(xué)家都接受了質(zhì)量缺失的證據(jù)，并將這一觀點(diǎn)作為支撐宇宙粒子和結(jié)構(gòu)形成理論的核心論點(diǎn)。換句話說，研究人員稱之為暗物質(zhì)的東西現(xiàn)在是構(gòu)建宇宙理論的基礎(chǔ)。到20世紀(jì)70年代末，這一現(xiàn)實(shí)似乎已經(jīng)不可避免。天文學(xué)家珊德拉 · 法貝爾（Sandra Faber）和約翰 · 蓋勒格（John Gallagher）在1979年的一篇評(píng)論論文中寫道：“我們認(rèn)為，不可見物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)很可能會(huì)成為現(xiàn)代天文學(xué)的主要結(jié)論之一。”事實(shí)確實(shí)如此。

資料來源pubs.aip.org

本文作者雅科 · 德斯沃特（Jaco de Swart）是馬薩諸塞州坎布里奇市麻省理工學(xué)院的博士后研究員。作為一名訓(xùn)練有素的物理學(xué)家和歷史學(xué)家，他目前正在創(chuàng)作一部關(guān)于暗物質(zhì)歷史的著作