也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪200年代“ 广义相对论的黄金时代 ”以来,科学家们认为宇宙的大累积都不 由有一种被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那事先,科学家们试图用双管齐下的土最好的办法来解决你这个 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找都须要解释你这个 质量的候选粒子。

此人 面,天体物理学家试图找到都须要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”的疑问上,愿因其相对简单,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愿因实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用涵盖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。该研究最近出显在皇家天文學會月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它出显时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的大慨84%你这个既不发射,你这个吸收或反射光或任何你这个已知形式的辐射。其次,它只能 电磁荷,除了通过引力之外不与你这个物质相互作用,这是有一种基本力中最弱的。

第三,它都不 由原子或它们通常的构件(即电子,质子和联 子)组成,这能够它的神秘性。你这个,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只能 出显。

无论其真实本质怎么才能 才能 ,自从大爆炸事件占据 大慨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。

大慨十亿年前一六个 多多星系形成的模拟图

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有一种截然不同的宇宙形态学 的观察的支持。你这个,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的速率单位,它有一种受到神秘的,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想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。这主你这个愿因在过去四十年左右的时间里,你这个人一六个 劲在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 你这个将哪些地方地方范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你这个 模型不想后要 在各种尺度上重现各种观察到的疑问。“

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 情况表下是中微子)进行数字模拟事先,冷暗物质场景成为了领跑者。哪些地方地方亚原子粒子非常之类于电子,但只能 电荷。它们也很轻,以近乎光速的速率单位穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

哪些地方地方模拟表明,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 愿因,开始英语 了了考虑相反的限制,当它们出生时几乎只能 任何速率单位的粒子(又称”冷“)。涵盖该候确定的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与事先相同的星系聚类测试事先,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。在以后的几十年中,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,你这个它通常以漂亮的颜色通过哪些地方地方测试。

原来 吸引力的来源是,冷暗物质(大慨在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,愿因到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。你这个,宇宙学家愿因考虑考虑你这个愿因与你这个物质具有更小水平相互作用的候确定。

这你这个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,你这个人专注于一六个 多多“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,它都须要与中微子相互作用,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,你这个“温暖的”暗物质的占据 会产生强烈的影响。

“在之类模型中,暗物质粒子都须要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'中留下了一六个 多多相当独特的印记,这与暗物质是一六个 多多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)

为了测试你这个 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。哪些地方地方模拟考虑了大爆炸后大慨10亿到大慨140亿年(大慨现在),温暖和暗物质的占据 将怎么才能 才能 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14亿年的演变后愿因会是哪些地方样子的实现。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。“

你这个,团队将结果相互比较,以确定都须要区分彼此的形态学 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土最好的办法占据 ,有点痛 是在遥远的星系分布在整个太空中的土最好的办法。

你这个 观察结果有点痛 有趣,愿因它都须要在未来使用下一代仪器进行测试。“原来 做的土最好的办法是通过观察二氧化碳气体气体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的深度图来看,这是一项性心智成熟的句子是什么是什么期的技术:你这个人都须要通过观察遥远星系(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; 深蓝色形态学 是二氧化碳气体气体和暗物质

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。愿因在介入介质中占据 血块中性氢,则来自星系的发射线将被累积吸收,可愿因几乎只能 ,则它们将不受阻碍。愿因暗物质真的很冷,它将以二氧化碳气体气体的“更大”分布的形式出显,而WDM场景将愿因振荡的块状物。

目前,天文仪器只能 必要的分辨率来测量早期宇宙中的二氧化碳气体气体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究都须要为新实验和不想后要 进行哪些地方地方观察的新设施提供动力。

之类,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)原来 的红外仪器可用于创建新的二氧化碳气体气体吸收分布图。哪些地方地方地图既都须要确认温暖暗物质的影响,也都须要将其作为候确定进行排除。你这个人还希望这项研究不想后要 激发你这个人对愿因考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自原来 一六个 多多事实:哪些地方地方理论预测都须要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。“这你这个科学真正的完整篇 ,”他补充道,“做出预测,提出测试土最好的办法,进行实验,你这个限制/排解决论!”