也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪400年代“ 广义相对论的黄金时代 ”以来,科学家们认为宇宙的大次要完正时需由本身被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那然后,科学家们试图用双管齐下的土妙招来处置什儿 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找能找不到 解释什儿 质量的候选粒子。

其他人面,天体物理学家试图找到能找不到 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”的什么的什么的问题 上,肯能其相对简单,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肯能实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用中有 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。该研究最近老要 出现在皇家天文学精月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它老要 出现时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的共要84%或者既不发射,只是吸收或反射光或任何其他已知形式的辐射。其次,它找不到 电磁荷,除了通过引力之外不与其他物质相互作用,这是本身基本力中最弱的。

第三,它完正时需由原子或它们通常的构件(即电子,质子和生子)组成,这有助它的神秘性。或者,科学家们推测它时需由其他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找不到 老要 出现。

无论其真实本质怎么,自从大爆炸事件位于共要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,有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。

共要十亿年前三个小 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本身截然不同的宇宙特征的观察的支持。或者,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的厚度,它本身受到神秘的,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必与重力影响之外的任何其他物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这只是所谓的冷暗物质(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。这主只是肯能在过去四十年左右的时间里,有人老要 在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 或者将什儿 范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,什儿 模型都都还还里能 在各种尺度上重现各种观察到的什么的什么的问题 。“

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”(在什儿 情况报告下是中微子)进行数字模拟然后,冷暗物质场景成为了领跑者。什儿 亚原子粒子非常类似于电子,但找不到 电荷。它们也很轻,以近乎光速的厚度穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

什儿 模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于什儿 原因,结速考虑相反的限制,当它们出生时几乎找不到 任何厚度的粒子(又称”冷“)。中有 该候挑选的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与然后相同的星系聚类测试然后,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。在然后的几十年中,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,或者它通常以漂亮的颜色通过什儿 测试。

原本吸引力的来源是,冷暗物质(共要在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,肯能到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。或者,宇宙学家肯能考虑考虑其他肯能与其他物质具有更小水平相互作用的候挑选。

这只是CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了有人的学习,有人专注于三个小 “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。

有点痛 是,它能找不到 与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。有人认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,或者“温暖的”暗物质的位于会产生强烈的影响。

“在类似于模型中,暗物质粒子能找不到 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。“什儿 耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了三个小 相当独特的印记,这与暗物质是三个小 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)

为了测试什儿 点,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。什儿 模拟考虑了大爆炸后共要10亿到共要140亿年(共要现在),温暖和暗物质的位于将怎么影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成什儿 宇宙在经过14亿年的演变后肯能会是什儿 样子的实现。除了对暗物质成分建模外,有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。“

或者,团队将结果相互比较,以挑选能找不到 区分彼此的特征签名。有人发现,对于其他模拟来说,什儿 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以其他不同的土妙招位于,有点痛 是在遥远的星系分布在整个太空中的土妙招。

什儿 观察结果有点痛 有趣,肯能它能找不到 在未来使用下一代仪器进行测试。“原本做的土妙招是通过观察汽体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的厚度来看,这是一项心智心智心智成熟 图片 的句子的句子的句子 图片 的技术:有人能找不到 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; 浅绿色特征是汽体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向有人传播的光时需通过星系间介质。肯能在介入介质中位于多量中性氢,则来自星系的发射线将被次要吸收,而肯能几乎找不到 ,则它们将不受阻碍。肯能暗物质真的很冷,它将以汽体的“更大”分布的形式老要 出现,而WDM场景将原因振荡的块状物。

目前,天文仪器找不到 必要的分辨率来测量早期宇宙中的汽体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究能找不到 为新实验和都都还还里能 进行什儿 观察的新设施提供动力。

类似于,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)原本的红外仪器可用于创建新的汽体吸收分布图。什儿 地图既能找不到 确认温暖暗物质的影响,都还还里能 找不到 将其作为候挑选进行排除。有人还希望这项研究都都还还里能 激发有人对肯能考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自原本三个小 事实:什儿 理论预测能找不到 刺激观察到新的领域,并测试有人认为有人所知道的极限。“这只是科学真正的完正,”他补充道,“做出预测,提出测试土妙招,进行实验,或者限制/排处置论!”