這顆衛星將解決宇宙中兩個最大的謎團！

我們的宇宙大得令人難以置信，大部分是神秘的，而且通常令人困惑。我們被大小尺度上的複雜問題所包圍。當然，我們有一些答案，比如粒子物理學的標準模型，它幫助我們(至少是物理學家)理解基本的亞原子相互作用，以及宇宙起源的大爆炸理論，它編織了一個在過去138億年的宇宙故事。但儘管這些模式取得了成功，我們仍有大量工作要做。例如，暗能量到底是什麼？暗能量是我們給觀測到宇宙加速膨脹背後驅動力取的名字。

博科園：而在天平的另一端，中微子到底是什麼呢？那些幽靈般的小粒子在宇宙中穿梭、放大，卻幾乎不與任何東西發生作用。乍一看，這兩個問題在規模和性質上似乎截然不同，以及可能認為我們需要回答的所有問題。但可能只有一個實驗就能揭示這兩個問題的答案。

歐洲航天局的一架望遠鏡將繪製出暗宇宙的地圖，它可以追溯到大約100億年前，當時人們認為暗能量正在肆虐。為了深入挖掘，我們需要「向上」看，在比星系大得多的尺度上(夥計們，我們這裡說的是數十億光年)，我們的宇宙就像一個巨大、發光的蜘蛛網。

只不過，這個蜘蛛網不是由蛛絲織成，而是由星系織成的。長而細的卷鬚狀星系連接著密集的團塊節點。這些節點是星系團、熙熙攘攘的星系城市和熾熱、豐富的氣體——由成千上萬個星系組成的巨大、寬闊的牆。在這些結構之間，佔據了宇宙的大部分空間，是巨大的宇宙空洞，天上的沙漠里什麼也沒有。它被稱為宇宙網，是宇宙中最大的結構。這個宇宙網是由自然界中最弱的力（引力）在數十億年的時間裡慢慢形成。很久以前，當宇宙只有現在大小的極小部分時，它幾乎是完全均勻的。

但是「幾乎」在這裡是很重要的：從一個點到另一個點的密度有微小的變化，宇宙的一些角落比平均水平稍微擁擠一些，而另一些則不那麼擁擠。隨著時間的推移，重力可以產生驚人的效果。在我宇宙網中，那些略高於平均密度區域具有稍強的引力，吸引著周圍的物體，這使得這些團塊更具吸引力，吸引了更多的鄰居等等。把這個過程向前推進10億年，你就形成了自己的宇宙網。這是一個大概的圖景：要形成一個宇宙網，需要一些「東西」，需要一些引力，但真正有趣的是細節，尤其是細節。

不同種類的物質會聚集起來，形成不同結構。有些物質可能會糾纏在一起，或者需要在凝結之前除去多餘的熱量，而其他物質則可能很容易加入最近的一方。某些類型的物質移動得足夠慢，以至於重力可以有效地完成它的工作，而其他類型的物質是如此的敏捷，以至於重力幾乎無法抓住它虛弱的手。簡而言之，如果改變宇宙的成分，就會得到不同外觀的宇宙網。在一種情況下，與另一種情況相比，可能會有更豐富的星系團和更少的空腔，在另一種情況下，空腔在宇宙歷史的早期完全佔據主導地位，根本沒有形成星系團。

其中一個特別有趣的成分是中微子（上面提到的幽靈粒子）。由於中微子非常輕，所以它的傳播速度接近光速。這就產生了一種「平滑」宇宙結構的效果：引力根本無法起作用，無法把中微子拉成緊湊的小球。所以，如果在宇宙中加入太多的中微子，像整個星系這樣的東西最終無法在早期宇宙中形成。這意味著可以利用宇宙本身作為一個巨大的物理實驗室來研究中微子。通過研究宇宙網結構並將其分解為不同的部分(集群、空洞等等)，可以非常直接地處理中微子。

歐幾里得衛星的印象概念圖，圖片：ESA/ATG-medialab

只有一個小問題：中微子不是宇宙中唯一的成分。一個主要的混淆因素是暗能量存在，這種神秘的力量正在「撕裂」我們的宇宙。正如你所懷疑的，這在很大程度上影響了宇宙網。畢竟，在一個快速膨脹的宇宙中建造大型結構有點困難。

如果你只看宇宙網的一部分(例如，星系團)，那麼你可能沒有足夠的信息來區分中微子效應和暗能量效應——它們都阻礙了「物質」的聚集。在發表在《arXiv》上的一篇論文中，天文學家解釋了即將到來的星系研究調查，比如歐洲航天局的歐幾里得任務，將如何幫助揭示中微子和暗能量的特性。歐幾里得衛星將繪製出數百萬個星系的位置圖，為宇宙網描繪出一幅非常廣闊的圖景。

在這個結構中蘊含著我們宇宙歷史的線索，過去取決於它的成分，比如中微子和暗能量。通過觀察宇宙中密度最大、最繁忙的地方(星系團)和宇宙中最孤獨、最空曠的地方(空洞)組合，可能得到暗能量的本質(這將預示著一個全新的物理知識時代)和中微子的本質(它也會做同樣的事情)答案。例如，我們可能會了解到，暗能量正在變得越來越糟，或者變得越來越好，甚至可能只是保持不變。可能會知道中微子有多大或者它們中有多少在宇宙中穿梭。但無論如何，在我們真正去看之前，很難預測會得到什麼。

博科園｜文:Paul Sutter/Live Science

參考期刊《arXiv》

DOI: 10.1103/PhysRevD.99.063525

Cite: arXiv:1807.02470

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