也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪80年代“ 广义相对论的黄金时代 ”以来,科学家们认为宇宙的大每种全是由某种被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那前一天,科学家们试图用双管齐下的妙招来解决你这个谜团。一方面,天体物理学家试图寻找都可否 解释你这个质量的候选粒子。

另一方面,天体物理学家试图找到都可否 解释暗物质行为的理论基础。到目前为止,争论集中在它是“热”还是“冷”的现象上,而且其相对简单,冷的观点比较占优势。然而,由哈佛 - 史密森尼天体物理中心(CfA)领导的一项新研究revits Dark Matter而且实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用饱含 温暖暗物质的宇宙模型。模拟由CfA,麻省理工学院Kavli天体物理与空间研究所,莱布尼茨波茨坦天体物理研究所和多所大学的国际研究团队进行。该研究最近另另老要另另老要出现在皇家天文学好月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它另另老要另另老要出现时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的至少84%而且既不发射,你这个你这个吸收或反射光或任何你这个已知形式的辐射。其次,它没办法 电磁荷,除了通过引力之外不与你这个物质相互作用,这是某种基本力中最弱的。

第三,它全是由原子或它们通常的构件(即电子,质子跟生子)组成,这有助它的神秘性。而且,科学家们推测它须要由你这个符合宇宙定律的新物质组成,但在传统的粒子物理研究中并没另另一个多劲另另老要出现。

无论其真实本质怎么都可否,自从大爆炸事件发生至少10亿年以来,暗物质对宇宙的演化产生了深远的影响。事实上,你这个人认为它在从星系的形成到宇宙微波背景(CMB)辐射分布的各个方面发挥了关键作用。

至少十亿年前另另一个星系形成的模拟图

更重要的是,考虑到暗物质所起作用的宇宙学模型得到了对这某种截然不同的宇宙社会形态的观察的支持。而且,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的下行速率 ,它某种受到神秘的,不可见的力(称为“ 暗能量 ”)的影响。

目前,最广泛接受的暗物质模型假设它不要再与重力影响之外的任何你这个物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这你这个你这个所谓的冷暗物质(CDM)场景,它通常与LCDM宇宙学模型形式的暗能量理论(由Lambda表示)相结合。

正如CfA的天文学家和研究的主要作者Sownak Bose博士通过电子邮件向今日宇宙解释:

“[CDM]是经过最佳测试和首选的模型。这主你这个你这个而且在过去四十年左右的时间里,你这个人另另老要在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 而且将那此范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你这个模型都可否 在各种尺度上重现各种观察到的现象。“

正如他所描述的那样,在宇宙演化的数值模拟使用“热暗物质”(在你这个情况汇报下是中微子)进行数字模拟前一天,冷暗物质场景成为了领跑者。那此亚原子粒子非常相似电子,但没办法 电荷。它们也很轻,以近乎光速的下行速率 穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

那此模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于你这个意味着 ,现在刚开始考虑相反的限制,当它们出生时几乎没办法 任何下行速率 的粒子(又称”冷“)。饱含 该候选着的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与前一天相同的星系聚类测试前一天,天文学家发现了模拟广告观测到的宇宙之间的惊人一致性。在日后的几十年中,冷颗粒通过比简单的星系聚类更严格,非平凡的测试进行了测试,而且它通常以漂亮的颜色通过那此测试。

前一天吸引力的来源是,冷暗物质(至少在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,而且到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。而且,宇宙学家而且考虑考虑你这个而且与你这个物质具有更小水平相互作用的候选着。

这你这个你这个CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了你这个人的学习,你这个人专注于另另一个“温暖的”暗物质候选人。该理论粒子具有与接近光速移动的非常轻的粒子巧妙地相互作用的能力。

特别是,它都可否 与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。你这个人认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,而且“温暖的”暗物质的发生会产生强烈的影响。

“在相似模型中,暗物质粒子都可否 与光子或中微子等辐射物质进行有限(但弱)相互作用,”Bose博士说。“你这个耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了另另一个相当独特的印记,这与暗物质是另另一个冷粒子时的预期有很大的不同。”

美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的漩涡星系的可见光(左)和红外图像(右)

为了测试这你这个,该团队在哈佛大学和冰岛大学的超级计算设施中进行了最先进的宇宙学模拟。那此模拟考虑了大爆炸后至少10亿到至少140亿年(至少现在),温暖和暗物质的发生将怎么都可否影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成你这个宇宙在经过14亿年的演变后而且会是那此样子的实现。除了对暗物质成分建模外,你这个人还包括最先进的恒星形成处方,超新星和黑洞的影响,金属的形成。“

而且,团队将结果相互比较,以选着都可否 区分彼此的社会形态签名。你这个人发现,对于你这个模拟来说,你这个温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以你这个不同的妙招发生,特别是在遥远的星系分布在整个太空中的妙招。

你这个观察结果特别有趣,而且它都可否 在未来使用下一代仪器进行测试。“前一天做的妙招是通过观察二氧化碳的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的高度来看,这是一项心智心智心智早熟 的技术:你这个人都可否 通过观察遥远星系(通常是类星体)的光谱探测早期宇宙中的中性氢。”

计算机模拟宇宙中物质的分布。橙色地区拥有星系; 浅绿色社会形态是二氧化碳和暗物质

简而言之,从遥远的星系向你这个人传播的光须要通过星系间介质。而且在介入介质中发生几瓶中性氢,则来自星系的发射线将被每种吸收,而而且几乎没办法 ,则它们将不受阻碍。而且暗物质真的很冷,它将以二氧化碳的“更大”分布的形式另另老要另另老要出现,而WDM场景将意味着 振荡的块状物。

目前,天文仪器没办法 必要的分辨率来测量早期宇宙中的二氧化碳振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究都可否 为新实验和都可否 进行那此观察的新设施提供动力。

相似,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)前一天的红外仪器可用于创建新的二氧化碳吸收分布图。那此地图既都可否 确认温暖暗物质的影响,都可否 不能将其作为候选着进行排除。你这个人还希望这项研究都可否 激发你这个人对而且考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自前一天另另一个事实:那此理论预测都可否 刺激观察到新的领域,并测试你这个人认为你这个人所知道的极限。“这你这个你这个科学真正的完整性,”他补充道,“做出预测,提出测试妙招,进行实验,而且限制/排解决论!”