我们可以绘制它的分布、测量它的质量并进行模拟，却仍然不知道它是什么。但 暗物质 正以前所未有的程度成为关注焦点。
如今，天文学家 知道 ，宇宙中每有一克原子物质，就至少有五倍之多的新型隐形物质，既不发光也不遮挡光线。
我们还可以在超级计算机中创建模型宇宙，以惊人的细节再现夜空中所见的一切，但前提是相信这种不可见的暗物质会像幽灵一样穿过我们。
最后，在过去十年里，我们几乎已经开始例行地 绘制 其分布，发现结果与模拟预测相符。
然而，粒子物理学家为暗物质提出了众多候选粒子，我们仍远未知道哪一种才是正确答案。这项探索的宏大程度丝毫不逊于寻找“上帝粒子”——希格斯玻色子，在某些方面甚至更加困难。
最初的线索
1978年，薇拉·鲁宾和肯特·福特 发现 邻近星系中的恒星运动方式并不符合预期。远离星系中心的恒星——那里集中了所有光（因而也集中了质量）——运动速度快得多，单凭所有可见物质的引力根本无法将它们束缚住。
因此，某种不可见的物质来源必定提供了额外引力，才能解释星系外围恒星的运动。暗物质的概念由此进入视野，接下来的问题是：它究竟是什么？
如今，40多年过去了，天文学技术的进步使天文学家得以大幅拓展薇拉·鲁宾的开创性研究，并在各处星系和恒星的运动中发现暗物质迹象。可见天体的运动使我们能够预测暗物质的分布，而这些预测与超级计算机创建的模型宇宙相符。
这类观测和模拟带来了令人震惊的 认识 ：我们宇宙中的可见物质只是冰山一角，仅占全部质量的15.7%。
但了解暗物质如何与可见物质相互作用，只是谜题的一部分。揭示暗物质身份的一个关键线索在于它是否会与自身相互作用；如果会，作用有多强？
并非那么暗？
那么，如何研究一种看不见的粒子之间的相互作用呢？答案在于 引力透镜效应。
彩色暗物质图：红色（蓝色）区域分别表示暗物质浓度高（低）。圆点表示DES巡天发现的星系团（星系团质量越大，圆点越大）。
暗能量巡天
大质量天体能够弯曲周围的空间，而空间弯曲时，光的路径也会像经过透镜一样发生偏折。就像任何处方眼镜一样，引力透镜效应也有强弱之分。
如果某一区域内聚集了大量质量，它就会强烈弯折来自背景星系的光。这种情况发生在星系团的致密中心。
在星系团边缘，质量分布得更分散，透镜效应也更弱；背景星系图像不会出现明显的扭曲，而是其形状发生更微妙的变化。
只有对数十幅背景星系图像的扭曲进行平均，才能确定这种效应。因此，弱引力透镜是更具挑战性的观测工具，却也是唯一能够绘制星系团外围暗物质分布的工具。
太空中的车祸
研究星系和星系团如何碰撞，也可以寻找暗物质的自相互作用。当这些大质量天体彼此穿过时，它们所含的物质也有可能发生相互作用。
这种可能性取决于天体的碰撞截面，可以将其理解为一个天体呈现给另一个天体的碰撞目标面积。还需要考虑这些天体的分布情况。
例如，地球上的汽车正面相撞时，碰撞截面可能很大，但如果道路上车辆不多，这种碰撞实际发生的可能性就小得多。
同样，恒星看起来可能是很大的目标，但它们在星系中的分布极其稀疏，实际上几乎从不相撞；要等到一颗恒星撞上太阳，我们得等待比星系年龄长十亿倍的时间！
然而，恒星之间的气体必定会相撞（电磁力确保微小粒子呈现出大得多的碰撞截面）。因此，两个星系相撞时，气体会猛烈撞在一起，像一场惨烈的车祸，而恒星则彼此擦肩而过。
暗物质可能介于这两种情况之间：候选粒子的碰撞截面虽远小于气体，却大于恒星。因此，碰撞之后，暗物质云（或晕）会落在恒星后方、气体前方。
相互矛盾的信息
近期研究利用引力透镜绘制了 相撞星系团 中的暗物质分布，并对阿贝尔星系团进行了第二次 更为详细的 观测，以检验暗物质是否因某种新的暗物质自相互作用而滞后于恒星。
在星系团相互作用这一更大尺度上，研究 未发现 星系团的暗物质晕发生了相互作用的证据（也就是说，它们仍然跟随恒星运动）。
但在较小尺度上，研究 探测到 一个偏移的质量透镜，位于恒星后方约4,500光年处。
恒星已领先于提供透镜信号的大部分质量，而这部分质量就是暗物质。暗物质滞后于恒星的距离越大，暗物质粒子的碰撞截面就越大；据此可以排除某些候选粒子。
看得见的黑暗？
在小尺度上，目前有初步证据表明，暗物质似乎会与反向运动的暗物质云发生少量相互作用或碰撞。在大尺度上，我们目前对其自相互作用程度作出了最严格的限制。
在这两个下限和上限之间，仍有许多可能的候选粒子；但这两项结果表明，天文学家或许终于正逐步逼近那种难以捉摸的暗物质粒子——不过，要独特地确认确切的候选粒子，还必须在地球实验室中找到它。
因此，这项研究正逢其时，因为资金已 拨付 给位于维多利亚州斯托韦尔的项目，用于建设全球首个南半球暗物质直接探测器。
设在SUPL（斯托韦尔地下物理实验室）的实验将尝试探测暗物质粒子与原子的碰撞，确认相关粒子的确切身份，最终让暗物质进入粒子物理学的视野和聚光灯下。
本文与 The Conversation合作发表。本文的发表并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：艾伦·达菲是斯威本科技大学的研究员。丽贝卡·艾伦是斯威本科技大学博士生，研究星系的形成与演化。
图片：一颗彗星出现在这张于NASA马歇尔太空飞行中心拍摄的五分钟曝光照片中。路透社/亚伦·金格里。