在探索宇宙奧秘的征程中，詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）自2022年正式開啟科學運行以來，已在諸多領域取得令人矚目的成果，尤其是在展現宇宙早期歷史方面。不過，對于神秘莫測的暗物質，它此前似乎一直未能給出直接答案。但近期一項研究顯示，JWST或許正以一種意想不到的方式，為解開暗物質謎團提供關鍵線索。

暗物質之所以成為科學界的“老大難”問題，根本在于它幾乎不與電磁輻射（光）發生相互作用，即便有作用也極其微弱。這使得科學家無法像研究普通物質那樣直接對其進行探測。這一特性也暗示，暗物質并非由構成恒星、行星以及我們日常世界所熟悉的質子、中子和電子組成。盡管數十年來理論物理學提出了多種暗物質候選粒子，但目前這些都還只是停留在假設層面。科學家只能通過暗物質的引力效應來間接推斷其存在，比如觀察它如何影響時空結構，進而影響普通物質和光的分布。

12月8日，《自然?天文學》期刊上發表的一項研究帶來了新希望。該研究指出，JWST觀測到的一些早期年輕星系呈現出異常的拉長、細絲狀形態，這很可能就是暗物質引力特性在宇宙早期留下的獨特“印記”。對這類星系形態的深入研究，有望幫助科學家篩選出最有可能構成暗物質的粒子類型。

研究團隊介紹，在愛因斯坦廣義相對論所描述的膨脹宇宙中，星系通常起源于暗物質形成的小尺度團塊。最初，恒星在這些團塊中誕生，隨后在引力作用下逐漸合并，形成更大的星系。亞利桑那州立大學的研究人員羅吉爾?溫德霍斯特表示，JWST的觀測結果顯示，最早期的星系可能嵌入在明顯的絲狀結構中。這些結構并非傳統冷暗物質所預測的那種離散團塊，而是更平滑地連接起恒星形成區域，這與一種具有量子行為的超輕暗物質粒子的預期更為相符。

在傳統的宇宙學模擬里，如果假設冷暗物質主導宇宙結構形成，冷卻氣體沿著暗物質構成的“宇宙網”匯聚，能夠較好地再現現代宇宙中以球狀或橢球狀為主的星系形態。然而，隨著JWST將觀測視野拓展到宇宙極早期，天文學家發現越來越多的細長、絲狀年輕星系，這類結構在標準模型的模擬中很難自然出現。

為了解釋這一現象，研究團隊對比了多種不同暗物質假設下的宇宙演化模擬，重點關注了區別于標準“Λ冷暗物質模型”（ΛCDM）的情況。結果發現，如果暗物質由“模糊暗物質”——即具有波動性質的超輕軸子粒子構成，其量子波動行為會在一定時期內抑制小尺度結構的形成，從而產生更平滑的絲狀結構，這與JWST在遙遠宇宙中觀測到的星系形態相吻合。

研究負責人、來自多諾斯蒂亞國際物理中心的阿爾瓦羅?波索解釋說，如果超輕軸子粒子構成暗物質，其量子波動特性會阻止小至數光年尺度的結構在早期形成，進而促成大尺度上連續、平滑的絲狀分布。在這種結構中，氣體和恒星會逐漸沿著暗物質絲流動，最終形成拉長的星系形態。

模擬還顯示，“暖暗物質”情景也可能產生類似效果。例如，速度相對更快的暗物質粒子（如惰性中微子）會形成比冷暗物質更平滑的暗物質絲狀結構，從而在宇宙早期孕育出細長星系。無論是模糊暗物質還是暖暗物質，它們的共同點在于都能自然解釋JWST發現的這些非典型星系形態。