你看到的星星，只占宇宙的5%，剩下的95%，天文学家打算用“听”

发布者：唐山乌木 2026-9-8 10:09

你仰望夜空，看到满天繁星。银河像一条光带横跨天际。

但你知道吗？你看到的每一颗星星、每一个星系——加起来只占宇宙总质能的5%。剩下95%是看不见的暗物质和暗能量。

问题来了：看不见的东西，怎么研究？

传统办法是一个一个数星系。像人口普查一样，把每个星系的位置、距离、亮度都记下来。费时费力，几十年才覆盖一小片天区。

天文学家想了个更聪明的办法：不数人头，听合唱。

宇宙里最“吵”的声音，来自最简单的东西

宇宙中最丰富的元素是氢。氢原子会发出一种波长为21厘米的微弱射电信号。

这个信号有多微弱？相当于你在北京听一个人在上海说悄悄话。

但奇妙的是，随着宇宙膨胀，这个信号的波长会被拉长。拉得越长，说明它走了越远的路、来自越古老的过去。天文学家管这叫“红移”——就像一辆驶远的火车，汽笛声会变得越来越低沉。

通过测量不同波长的21厘米信号，天文学家可以绘制出宇宙在不同历史时期的“氢地图”。

“听合唱”比“数人头”快得多

传统星系巡天就像在体育场里一个一个数人——精确，但慢。中国天眼（FAST）此前的一项研究，将覆盖约1/3天区、约250万个星系的信号按红移精确对齐并叠加，才从噪声中提取出平均信号。

氢强度映射则是另一种思路：不数人，直接测量整个体育场的欢呼声有多大。

2026年9月，一个国际团队在南非MeerKAT射电望远镜上验证了这种方法。他们分析了大约96小时的观测数据，直接探测到了来自40亿至50亿年前的氢信号。

这是人类第一次仅凭射电观测、不借助光学数据就直接探测到宇宙尺度的氢信号。

“长期以来，氢强度映射一直被视为高效绘制宇宙图谱的一种有前景的方法，但信号极其微弱，”研究负责人Sourabh Paul说，“利用MeerKAT直接探测到这一信号，说明这项技术正在成为一种真正能够用于宇宙学研究的实用工具。”

为什么这件事很重要？

第一，效率高。氢强度映射能同时测量大片天区，速度比传统巡天快得多。未来用平方公里阵列（SKA）这样的巨型望远镜，可以在几年内完成传统巡天几十年才能做完的工作。

第二，看得远。传统光学巡天在红移z≈1附近很难观测单个星系的中性氢辐射，但强度映射可以观测到大量星系的集体辐射。这次探测到的红移0.32和0.44，对应的是宇宙约90亿到100亿年前的样貌。

第三，瞄得准。中性氢直接示踪暗物质的分布。通过绘制氢地图，天文学家可以间接看到暗物质在哪里聚集、暗能量如何推动宇宙加速膨胀。

从“看星星”到“听宇宙”

如果把传统星系巡天比作给宇宙拍高清照片——每颗星星都清晰可见——那么氢强度映射就是在给宇宙录一段音频——你听到的是无数声音叠加在一起的“宇宙背景噪音”。

但这段“噪音”里，藏着宇宙最大的秘密：暗物质是什么？暗能量为什么会让宇宙加速膨胀？宇宙的大尺度结构是怎么长出来的？

曼彻斯特大学的Laura Wolz说：“MeerKAT正在不断为宇宙学打开新的窗口。”

平方公里阵列（SKA）预计2028年左右开始科学运行。届时，氢强度映射将真正发力，帮我们看清那95%的“暗宇宙”。

从伽利略第一次把望远镜指向星空，到人类用射电望远镜“听”到40亿年前的氢信号——400年了，我们终于学会了用另一种感官去感知宇宙。

下一次你抬头看星星，不妨想一想：那些你看不见的东西，可能比看得见的更重要。

#天文科普 #氢强度映射 #暗物质