通過研究星際介質(zhì)中的物質(zhì)，科學(xué)家希望能更多了解——

恒星及星系形成

　　太空之所以被稱為“太空”，其實有一定的道理。恒星之間的區(qū)域真的很空——比地球上能創(chuàng)制的任何真空中的物質(zhì)密度都還低得多�？茖W(xué)家把這種區(qū)域稱為星際介質(zhì)。雖然星際介質(zhì)密度很低，但它被認為占到了銀河系可見質(zhì)量的至少1096。恒星嵌在星際介質(zhì)中，但并未與星際介質(zhì)脫離開，而且誕生于星際介質(zhì)內(nèi)部。從這個意義上說，星際介質(zhì)就像一個生態(tài)系統(tǒng)。
　　通過記錄與恒星形成有關(guān)的獨特紫外光輻射（被稱為萊曼阿爾法輻射），“旅行者號”就能夠探索恒星誕生。迄今為止科學(xué)家一直未能在銀河系中觀測到這種輻射，原因是太陽輻射把它們遮蔽了。既然“旅行者號”已來到日光層的邊緣，太陽風(fēng)的影響在這里被星際介質(zhì)阻擋，那么“旅行者號”就應(yīng)該能探測到萊曼阿爾法輻射，從而有助于科學(xué)家繪制銀河系中此前未被觀測過的恒星形成區(qū)域圖。
　　在自己的一生中，恒星通過核聚變過程，把輕元素轉(zhuǎn)化為重元素。然后，隨著恒星死亡，它們把這些重元素發(fā)回到星際介質(zhì)中。這一物質(zhì)交換最終決定著星系用盡自己的氣體供給的快慢。通過探索這一永恒的回饋機制，科學(xué)家就能對恒星演化有更多了解。大質(zhì)量恒星的死亡為星系輸入大量元素，例如碳、氧和鐵。隨著時間推移，這會改變這些元素的豐富程度。隨著這樣的輸入持續(xù)，恒星發(fā)射富碳分子和塵埃顆粒的比例會下降。考慮到人類是碳基生命形式，這個比例的下降也就意味著適合像人類這樣的生命的材料逐步減少。

　　“旅行者2號”已經(jīng)在對超新星的研究中建功。所謂超新星，就是恒星在到達生命末期時的爆發(fā)。當(dāng)位于蜘蛛星云、距離地球大約16.3萬光年的SN1987A超新星在1987年爆發(fā)時，“旅行者2號”立即調(diào)轉(zhuǎn)鏡頭對它進行了較近距離觀測。從那以后，進一步觀測證明該區(qū)域持續(xù)演化。不僅恒星拋射出的材料膨脹后又冷卻，塵埃和分子質(zhì)量也非常顯著地增長。換句話說，這就觀測到了死亡恒星為星系輸入物質(zhì)的過程。
　　通過研究恒星怎樣從星際介質(zhì)中形成，科學(xué)家就能了解太陽和太陽系相比于宇宙中其他恒星系統(tǒng)來說是否常見�？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，太陽系在宇宙中實際上很不尋常。這就暗示，外星生命（至少是像地球生命這樣的生命）并非如科學(xué)家之前想象的可能那么常見。不僅如此，科學(xué)家有關(guān)大質(zhì)量恒星與非大質(zhì)量恒星之間的平衡的觀點也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

　　最近一系列觀測表明，星際介質(zhì)中低質(zhì)量天體的數(shù)量很多。銀河系中不僅有好幾千億顆恒星，而且有數(shù)量幾乎一樣多的褐矮星（比行星大、但比恒星小的一類天體）和行星質(zhì)量天體。
　　隨著兩艘“旅行者號”迅速接近生命終點，科學(xué)家也把目光轉(zhuǎn)向新的“阿塔卡馬大型毫米天線陣”（位于智利極干燥沙漠中、由66部射電拋物面天線組成）。有了這個天線陣，科學(xué)家得以首次觀測星際介質(zhì)的細節(jié)。
　　它是宇宙中最令人難以捉摸的現(xiàn)象。飛到太陽系以外，我們能了解到它的什么情況？它就是——

暗物質(zhì)

　　看起來，恒星之間存在的物質(zhì)并不僅僅是氣體和塵埃。要想解釋將迅速旋轉(zhuǎn)的銀河系把持住所需的引力，如果只有可見物質(zhì)的話是根本不夠的。因此，應(yīng)該有一些看不見的物質(zhì)——暗物質(zhì)潛伏在我們周圍，包括星際空間。

　　科學(xué)家原本以為，暗物質(zhì)可能只是普通物質(zhì)，但因為它們太暗，所以我們看不見。這樣的普通物質(zhì)包括褐矮星、迷走行星和太陽質(zhì)量的黑洞。這些天體被統(tǒng)稱為馬肖（MACH0s，暈族大質(zhì)量致密天體的英文簡稱）。然而，通過其他手段應(yīng)該探測得到馬肖，但實際上科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的馬肖數(shù)量是不夠的。
　　現(xiàn)在，更領(lǐng)先的觀點是暗物質(zhì)由溫普（WDMP），弱相互作用大質(zhì)量粒子的英文縮寫）組成，而溫普這種新物質(zhì)形式并不符合粒子物理學(xué)的標準模式。迄今為止，不要說捕獲一個溫普，就連證明它們的存在都根本不可能。有一些科學(xué)家認為，研究星際介質(zhì)對此可能有幫助。銀河系充滿宇宙射線（由超新星爆發(fā)之類的災(zāi)變事件產(chǎn)生的高能粒子）。當(dāng)宇宙射線轟擊星際塵埃和氣體時，會產(chǎn)生大量伽瑪射線。但銀河系中的伽瑪射線比科學(xué)家預(yù)計的要多得多，尤其是在銀河系中心附近。觀察這里的光譜，會發(fā)現(xiàn)它與溫普的湮滅結(jié)果吻合。湮滅是指兩個溫普碰撞而產(chǎn)生伽瑪射線。當(dāng)然，有關(guān)溫普的猜想是否正確，有賴于對星際介質(zhì)的很好的了解。
　　不幸的是，“旅行者號”的發(fā)射是在溫普假說被提出之前。不過，至少從理論上說，“旅行者號”可能探測得到溫普湮滅所產(chǎn)生的粒子。有些關(guān)于暗物質(zhì)的理論還涉及所謂的“暗光子”的存在。直到2008年才提出的暗光子假說認為，暗光子攜帶暗物質(zhì)力，這與普通物質(zhì)攜帶電磁力很像。
　　2015年，法國一個科學(xué)團隊運用“旅行者號”的探測數(shù)據(jù)，尋找星際介質(zhì)中暗光子的磁指針。雖然沒有找到，但他們?yōu)榘倒庾犹匦栽O(shè)置了一些限制因素，因此把網(wǎng)收窄了。2016年，一個國際科學(xué)團隊觀察了暗物質(zhì)的超致密微暈對星系的效應(yīng)。所謂超致密微暈，是指密度極大的暗物質(zhì)團塊。這些科學(xué)家算出，哪怕一個星系中的暗物質(zhì)中只有1%是以超致密微暈的形式存在，來自暗物質(zhì)湮滅的熱量也足以把我們周圍星際介質(zhì)中的氣體全部拋射出去。這會阻止在微暈周圍大約3200光年范圍內(nèi)形成恒星。因此，觀測星際介質(zhì)中這樣的空隙，能成為更多了解有關(guān)暗物質(zhì)分布的另一種方法。

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