暗物質(zhì)研究的五十年

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宇宙面貌的認(rèn)識。兩篇文章由美國和愛沙尼亞的兩個團(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，這可能會改變?nèi)祟悓τ钪婷\(yùn)的理解。1999年《天體物理學(xué)雜志》百年刊上的一篇評論寫道，這一觀點(diǎn)是“我們對星系結(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)動的，以及它們最初存在的原因。但與此同時，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令人振奮的新時代。

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。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。人們對愛因斯坦的廣義相對論重新產(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)工作引起了人們對傳統(tǒng)想法的“懷疑”?！巴蝗婚g，我們意識到星系會演化?！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，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，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，要回答這個問題，需要用計算機(jī)對星系進(jìn)行建?！獖W斯特里克對此并不熟悉。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，皮布爾斯正經(jīng)歷現(xiàn)代大爆炸理論的搖籃時代。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。

當(dāng)奧斯特里克敲門時，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)施的超級計算機(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個物體：他的模型通過使用重力作用下在圓盤中移動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”。在他們的計算中，恒星盤在單次旋轉(zhuǎn)后就會解體。

一定有些不對勁的地方。眾所周知，銀河系的存在時間比一次自轉(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”。這個暈將有助于在星系旋轉(zhuǎn)時保持穩(wěn)定。

很少有星系動力學(xué)家對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)對稱的星系嗎？如果可以，那么一個巨大的光環(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，但它成功地激勵了當(dāng)時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研究所做博士后時，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)未來的某個時候，重力會導(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，那么也許它也不會主導(dǎo)外部?！眾W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)從各個天文學(xué)子學(xué)科收集了星系質(zhì)量的動態(tài)測量數(shù)據(jù)。這些測定基于解釋宇宙物體運(yùn)動所需的引力。它們包括星系對、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，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的研討會成為宇宙學(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，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)時的愛沙尼亞蘇維埃社會主義共和國。塔爾圖天文臺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）通過對雙星的觀測幫助塔爾圖天文臺聲名鵲起。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，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。

到1972年，就仙女座星系模型進(jìn)行了多次對話后，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。這是一個埃納斯托無法解決的問題，直到他與天文臺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紙步行上高中，以抵御狼群，并對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。”埃納斯托提出，“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星系冕的看法：星系周圍一定有一個未知的非恒星物質(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》撰寫他們的結(jié)論時，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。”埃納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)氐奶煳墓珗蟆端枅D天體物理觀測站通報》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，克格勃會徹底檢查每一封發(fā)出的國際郵件。

這個過程很無聊：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將它們與核武器聯(lián)系起來。研究小組對觀測證據(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數(shù)量級的巨大的冕包圍?！彼麄兊淖C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所說：“最好的論據(jù)是什么？可以說沒有哪個是最好的。這個案例中沒有一個論據(jù)是令人信服的，但有如此之多的論據(jù)指向了同一個方向?！边@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?！彼_爾回憶說：“大多數(shù)天文學(xué)家和物理學(xué)家根本不喜歡這個東西?！币恍┨煳膶W(xué)家對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)了他對這一想法的厭惡，并在兩篇論文發(fā)表幾個月后在《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，“沒有明確的動力學(xué)證據(jù)表明星系有非常大的暈。”他特別批評了這樣一種假設(shè)，即人們可以通過觀察星系的動力學(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)會議上設(shè)立了一個關(guān)于“失蹤質(zhì)量”的專門會議。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，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)。“兩年內(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)很可能會成為現(xiàn)代天文學(xué)的主要結(jié)論之一?！笔聦?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