詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）自投入科學運行以來，已在探索宇宙早期歷史方面取得諸多重要成果，但暗物質這一宇宙謎題始終未被直接破解。不過，最新研究表明，JWST或許正以一種意想不到的方式，為解開暗物質之謎提供關鍵線索。

暗物質之所以難以研究，關鍵在于它幾乎不與電磁輻射（光）發生相互作用，作用強度極其微弱，科學家無法像研究普通物質那樣直接探測到它。這一特性也意味著暗物質并非由構成恒星、行星及日常物質的質子、中子和電子組成。盡管數十年來理論物理學家提出了多種暗物質候選粒子，但目前這些仍停留在假設階段。科學家只能通過暗物質的引力效應來間接推斷其存在，例如觀察它如何影響時空結構，以及如何改變普通物質和光的分布。

12月8日，《自然?天文學》期刊發表的一項研究指出，JWST觀測到的一些早期年輕星系呈現出異常拉長、細絲狀的形態，這可能是暗物質引力特性在宇宙早期留下的“痕跡”。對這些星系形態的研究，有望幫助科學家篩選出最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。最初的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，這些結構并非冷暗物質所預測的離散團塊，而是更平滑地連接恒星形成區域，這與一種具有量子行為的超輕暗物質粒子的預期相符。

在傳統的宇宙學模擬中，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將觀測視野推進到宇宙極早期，天文學家越來越多地發現細長、絲狀的年輕星系，這類結構在標準模型的模擬中難以自然產生。

為解釋這一現象，研究團隊對比了多種不同暗物質假設下的宇宙演化模擬，重點考察了區別于標準“Λ冷暗物質模型”（ΛCDM）的情況。結果顯示，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一致。

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

模擬還表明，“暖暗物質”情景同樣可能產生類似效果。例如速度相對更快的暗物質粒子（如惰性中微子）也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，其共同點在于都能自然解釋JWST發現的這些非典型星系形態。

目前，JWST將持續對宇宙早期這些形態異常的星系進行深入觀測，地面研究人員也將不斷完善宇宙形成的數值模擬。研究團隊認為，將高精度觀測數據與先進理論模型相結合，有望為最終揭開暗物質本質提供關鍵突破。