也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪60 年代“ 广义相对论的黄金时代 ”以来,科学家们认为宇宙的大部分全部是否由一种被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那完后 ,科学家们试图用双管齐下的法律措施来避免你这些谜团。一方面,天体物理学家试图寻找还也能也能解释你这些质量的候选粒子。

被委托人面,天体物理学家试图找到还也能也能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”的问提上,可能其相对简单,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可能实际上是“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。该研究最近再次出先在皇家天文协会月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它再次出先时,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%假如既不发射,全都吸收或反射光或任何一点已知形式的辐射。其次,它那末 电磁荷,除了通过引力之外不与一点物质相互作用,这是一种基本力中最弱的。

第三,它全部是否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。假如,科学家们推测它也能也能由一点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那末 再次出先。

无论其真实本质怎样才能,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,亲戚亲戚一群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。

至少十亿年前有有4个多 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些种截然不同的宇宙内部的观察的支持。假如,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的传输带宽,它一种受到神秘的,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要与重力影响之外的任何一点物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这全都所谓的冷暗物质(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。这主全都可能在过去四十年左右的时间里,亲戚亲戚一群人老要在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 假如将那此范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你这些模型也能在各种尺度上重现各种观察到的问提。“

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”(在你这些状态下是中微子)进行数字模拟完后 ,冷暗物质场景成为了领跑者。那此亚原子粒子非常类似电子,但那末 电荷。它们也很轻,以近乎光速的传输带宽穿过宇宙(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。“出于你这些因为,开始英语 考虑相反的限制,当它们出生时几乎那末 任何传输带宽的粒子(又称”冷“)。涵盖该候挑选的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与完后 相同的星系聚类测试完后 ,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,假如它通常以漂亮的颜色通过那此测试。

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,可能到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。假如,宇宙学家可能考虑考虑一点可能与一点物质具有更小水平相互作用的候挑选。

这全都CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了亲戚一群人的学习,亲戚一群人专注于有有4个多 “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。

特别是,它还也能也能与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。亲戚亲戚一群人认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,假如“温暖的”暗物质的处在会产生强烈的影响。

“在类似模型中,暗物质粒子还也能也能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。“你这些耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了有有4个多 相当独特的印记,这与暗物质是有有4个多 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)

为了测试你这些点,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。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),温暖和暗物质的处在将怎样才能影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成你这些宇宙在经过14亿年的演变后可能会是那此样子的实现。除了对暗物质成分建模外,亲戚亲戚一群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。“

假如,团队将结果相互比较,以挑选还也能也能区分彼此的内部签名。亲戚一群人发现,对于一点模拟来说,你这些温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以一点不同的法律措施处在,特别是在遥远的星系分布在整个太空中的法律措施。

你这些观察结果特别有趣,可能它还也能也能在未来使用下一代仪器进行测试。“曾经做的法律措施是通过观察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,这是一项心智心智成熟的句子期图片 是什么图片 期图片 图片 期期期的技术:亲戚亲戚一群人还也能也能通过观察遥远星系(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; 深蓝色内部是气体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向亲戚亲戚一群人传播的光也能也能通过星系间介质。可能在介入介质中处在血块中性氢,则来自星系的发射线将被部分吸收,而可能几乎那末 ,则它们将不受阻碍。可能暗物质真的很冷,它将以气体的“更大”分布的形式再次出先,而WDM场景将因为振荡的块状物。

目前,天文仪器那末 必要的分辨率来测量早期宇宙中的气体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究还也能也能为新实验和也能进行那此观察的新设施提供动力。

类似,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气体吸收分布图。那此地图既还也能也能确认温暖暗物质的影响,也还也能也能将其作为候挑选进行排除。亲戚亲戚一群人还希望这项研究也能激发亲戚亲戚一群人对可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有有4个多 事实:那此理论预测还也能也能刺激观察到新的领域,并测试亲戚亲戚一群人认为亲戚亲戚一群人所知道的极限。“这全都科学真正的全部,”他补充道,“做出预测,提出测试法律措施,进行实验,假如限制/排避免论!”