也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪100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也有由并也有被称为“ 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办法来外理什儿 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找都可不可以 解释什儿 质量的候选粒子。

当事人面,天体物理学家试图找到都可不可以 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,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,使用含高 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。该研究最近跳出在皇家天文协会月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它跳出时,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,可是吸收或反射光或任何有些已知形式的辐射。其次,它什么什么都越来越电磁荷,除了通过引力之外不与有些物质相互作用,这是并也有基本力中最弱的。

第三,它也有由原子或它们通常的构件(即电子,质子和珍子)组成,这利于它的神秘性。而且 ,科学家们推测它才能 由有些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什么什么都越来越跳出。

无论其真实本质怎么都可不可以,自从大爆炸事件处在至少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,亲戚人们 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。

至少十亿年前一一四个 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并也有截然不同的宇宙内部的观察的支持。而且 ,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的波特率单位,它并也有受到神秘的,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后要与重力影响之外的任何有些物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这可是所谓的冷暗物质(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。这主可是肯能在过去四十年左右的时间里,亲戚人们 突然在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 而且 将哪些范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,什儿 模型才能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”(在什儿 状况下是中微子)进行数字模拟事先,冷暗物质场景成为了领跑者。哪些亚原子粒子非常例如于电子,但什么什么都越来越电荷。它们也很轻,以近乎光速的波特率单位穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

哪些模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于什儿 原应,现在现在刚开始考虑相反的限制,当它们出生时几乎什么什么都越来越任何波特率单位的粒子(又称”冷“)。含高 该候选取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。在我后要的几十年中,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哪些测试。

曾经吸引力的来源是,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,肯能到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。而且 ,宇宙学家肯能考虑考虑有些肯能与有些物质具有更小水平相互作用的候选取。

这可是CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了亲戚人们 的学习,亲戚人们 专注于一一四个 “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,它都可不可以 与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。亲戚人们 认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,而且 “温暖的”暗物质的处在会产生强烈的影响。

“在例如模型中,暗物质粒子都可不可以 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'中留下了一一四个 相当独特的印记,这与暗物质是一一四个 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)

为了测试这有些,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),温暖和暗物质的处在将怎么都可不可以影响星系的形成。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哪些样子的实现。除了对暗物质成分建模外,亲戚人们 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,以选取都可不可以 区分彼此的内部签名。亲戚人们 发现,对于有些模拟来说,什儿 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以有些不同的办法处在,特别是在遥远的星系分布在整个太空中的办法。

什儿 观察结果特别有趣,肯能它都可不可以 在未来使用下一代仪器进行测试。“曾经做的办法是通过观察乙炔气 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,这是一项心智心智心智性性性心智心智成熟的技术:亲戚人们 都可不可以 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; 蓝色内部是乙炔气 和暗物质

简而言之,从遥远的星系向亲戚人们 传播的光才能 通过星系间介质。肯能在介入介质中处在大量中性氢,则来自星系的发射线将被每种吸收,而肯能几乎什么什么都越来越,则它们将不受阻碍。肯能暗物质真的很冷,它将以乙炔气 的“更大”分布的形式跳出,而WDM场景将原应振荡的块状物。

目前,天文仪器什么什么都越来越必要的分辨率来测量早期宇宙中的乙炔气 振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究都可不可以 为新实验和才能进行哪些观察的新设施提供动力。

例如,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)曾经的红外仪器可用于创建新的乙炔气 吸收分布图。哪些地图既都可不可以 确认温暖暗物质的影响,也都可不可以 将其作为候选取进行排除。亲戚人们 还希望这项研究才能激发亲戚人们 对肯能考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自曾经一一四个 事实:哪些理论预测都可不可以 刺激观察到新的领域,并测试亲戚人们 认为亲戚人们 所知道的极限。“这可是科学真正的完全,”他补充道,“做出预测,提出测试办法,进行实验,而且 限制/排外理论!”