什么是宇宙中的暗物质问题
宇宙中充满了用光和电磁波无法观测到的“暗物质”，其质量比可见物质的质量多很多倍。天文观测和大爆炸宇宙论表明，宇宙可能由70％的暗能、5％的发光和不发光物体、5％的热暗物质和20％的冷暗物质组成。即有90％是看不见的暗物质。其中冷暗物质(DAMA)的存在正是支持爆炸宇宙论的关键，它可能是宇宙早期遗留下来的弱相互作用的重粒子。
现有粒子物理标准模型不能解释冷暗物质粒子的形成及运动规律，科学家为此提出超对称粒子物理模型。寻找暗物质是世界高能物理研究的热点之一，寻找途径包括在超大型加速器上的实验，在地下、地面和宇宙空间对宇宙射线粒子的测量。这些工作已经获得部分可能的证据，但是尚未发现暗物质和暗能量，这就是宇宙中的暗物质问题。
暗物质在宇宙中是怎样分布的
暗物质结构贝尔实验室的科学家创造了一种给暗物质结构画像的方法，叫“引力透镜质量分布绘图术”，它开启了观察宇宙的新窗口。它被用来研究暗物质的聚集程度：从星系团周围大质量的星系晕，到距地球30亿～60亿光年的大尺度暗物质结构演化。
只要物质有质量，光线就会依照其周围的引力场改变光路。来自背景星系的光线被大质量天体弯曲得很厉害，就会在星系团的周围看到其多个像，这就是强引力透镜现象。科学家依照背景星系光线被弯折的程度来计算前景星系的质量分布，从而绘出暗物质分布图。贝尔实验室应用CCD(电荷耦合器件)技术，并结合哈勃太空望远镜拍摄的遥远星系团的“宇宙蜃楼”图片(图5-2左)，构造了一幅高解析度的此星系团的暗物质分布图。图5-2右图是一张分布图，它清晰地展示了到底有多少暗物质附于星系，有多少匀称地分布于整个星系团之中。
双鱼座中有一个星系，恰处于星系团CL0024+1654背后的位置，因而形成背景星系的多重像。在图5-2左图中，背景蓝星系有5个像，而像主要是由星系团中所有暗物质的合作用形成的。
科学家是怎么知道像主要是由暗物质引起的呢其实，科学家应用计算机对上百万种质量分布情况进行模拟，然后与哈勃望远镜的这张图片进行比较，只有正确的质量分布才能符合哈勃图片显示的情形。这样来探测质量分布相当敏锐，图5-3左图就是以等高线方式来显示星系团中的质量分布的，大部分暗物质都较为均匀地广布于达160万光年尺度的星系团之中。这个星系团中所有星系所含恒星的质量总和，仅为所有暗物质质量的0.4％！也说明星系团中大部分质量并非附于星系周围。图5-3右图模拟表明大部分质量附于星系的情况，显然与哈勃照片不符。
现代大型望远镜都配备CCD，天文学家得以探测更加微弱的光线。他们发现天空中布满数十亿光年远的蓝星系，而前景暗物质团都会使这张“蓝地毯”泛起皱褶，这就是弱引力透镜效应。遥远的圆形星系因弱引力透镜扭曲而呈椭圆状，科学家能利用这些星系像的扭曲构造出暗物质分布图。为了探索暗物质分布，泰森和伯恩斯坦专门制作出一块大视场CCD，并配有自适应光学软件。这个设备放置在智利托洛洛山美洲天文台的4米望远镜主焦点上，拍出一批1平方度大小天区的彩色图片，共含有40万个暗星系。图5-4左图就是其中一张图片的局部放大，是一个星系团。图5-4右图是同一天区的暗物质分布图。
暗物质分布图可以帮助筛选关于暗物质本原的理论。宇宙物质总质量的多少决定宇宙将继续膨胀、收缩还是已经收缩了，一旦绘制好大量的暗物质三维分布图，就可以在其引导下深入地理解宇宙的起源、演化及未来命运。贝尔实验室的泰森幽默地解释说：“‘暗’物质将会有一个光明的未来。”
暗物质研究新进展
20世纪70年代初，当天文学家注意到，银河系外部的恒星绕银河系中心旋转时的速度比预期的要快时，暗物质便成为一个研究的课题。对银河系质量的估计表明，银河系的某些地方要有一个集中的引力，才能使外层恒星以高速度运行。当时科学家认为，一定有某些物质没有被发现。研究表明，几万亿颗比太阳质量小，但比木星质量大的天体，可能成为银河系暗物质的主体。属于这一范围的天体包括白矮星、红矮星和褐矮星，而白矮星是最佳的候选者。但由于发现不多，不能做出定论。当加拿大天文学家汉森对寿命为120亿年的白矮星的温度进行重新计算时，研究出现了重大突破。他发现白矮星表面的温度应比人们预测的高，且这些星体似乎是暗蓝色，而不是人们认为的红色。借助于这一预测，里彻等人利用哈勃望远镜重新拍摄所谓“哈勃深空间”，发现了两颗暗蓝色白矮星。与此同时，其他天文学家也拍摄到其他的白矮星。通过外推方法，研究人员认为，银河系中大约有5万亿颗白矮星已成为暗物质的主体。
除了白矮星之外，“暗物质”还有其他可能的候选者，其中之一就是中微子。虽然单个中微子质量微不足道，但是它数量极其庞大，因此总质量非常惊人。
总之，暗物质问题已经成为当代天体物理学的热点，关于暗物质的研究也正在如火如荼地进行。不久的将来，或许我们会得到一个更好的答案。
