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段删改总要由一种被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那很久,科学家们试图用双管齐下的法子来解决类式 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找可不才能 解释类式 质量的候选粒子。

另一方面,天体物理学家试图找到可不才能 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”的什么的什么的问题 上,由于其相对简单,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由于实际上是“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。该研究最近老出在皇家天文学着月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它老出时,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%很久 既不发射,就是吸收或反射光或任何类式已知形式的辐射。其次,它没了电磁荷,除了通过引力之外不与类式物质相互作用,这是一种基本力中最弱的。

第三,它删改总要由原子或它们通常的构件(即电子,质子和联 子)组成,这有助它的神秘性。很久 ,科学家们推测它才能 由类式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了老出。

无论其真实本质怎样,自从大爆炸事件位于至少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,让我们我们我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。

至少十亿年前一1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类式种截然不同的宇宙社会形态的观察的支持。很久 ,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的效率,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我不要 与重力影响之外的任何类式物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这就是所谓的冷暗物质(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。这主就是由于在过去四十年左右的时间里,让我们我们我们老要在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 很久 将哪些范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,类式 模型才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”(在类式 情況下是中微子)进行数字模拟很久,冷暗物质场景成为了领跑者。哪些亚原子粒子非常类式于电子,但没了电荷。它们也很轻,以近乎光速的效率穿过宇宙(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。“出于类式 由于,开始英文英文英文考虑相反的限制,当它们出生时几乎没了任何效率的粒子(又称”冷“)。含高该候选则的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与很久相同的星系聚类测试很久,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。在很久 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,很久 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,由于到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。很久 ,宇宙学家由于考虑考虑类式由于与类式物质具有更小水平相互作用的候选则。

这就是CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了让我们我们我们的学习,让我们我们我们专注于一1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。

有点是,它可不才能 与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。让我们我们我们认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,很久 “温暖的”暗物质的位于会产生强烈的影响。

“在类式模型中,暗物质粒子可不才能 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。“类式 耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了一1个多相当独特的印记,这与暗物质是一1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)

为了测试类式 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),温暖和暗物质的位于将怎样影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成类式 宇宙在经过14亿年的演变后由于会是哪些样子的实现。除了对暗物质成分建模外,让我们我们我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。“

很久 ,团队将结果相互比较,以选则可不才能 区分彼此的社会形态签名。让我们我们我们发现,对于类式模拟来说,类式 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以类式不同的法子位于,有点是在遥远的星系分布在整个太空中的法子。

类式 观察结果有点有趣,由于它可不才能 在未来使用下一代仪器进行测试。“曾经做的法子是通过观察甲烷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,这是一项心智心智早熟 的句子是什么 是什么的技术:让我们我们我们可不才能 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; 湖蓝色社会形态是甲烷气体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向让我们我们我们传播的光才能 通过星系间介质。由于在介入介质中位于少量中性氢,则来自星系的发射线将被每段吸收,而由于几乎没了,则它们将不受阻碍。由于暗物质真的很冷,它将以甲烷气体的“更大”分布的形式老出,而WDM场景将由于振荡的块状物。

目前,天文仪器没了必要的分辨率来测量早期宇宙中的甲烷气体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究可不才能 为新实验和才能进行哪些观察的新设施提供动力。

类式,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甲烷气体吸收分布图。哪些地图既可不才能 确认温暖暗物质的影响,也可不才能 将其作为候选则进行排除。让我们我们我们还希望这项研究才能激发让我们我们我们对由于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一1个多事实:哪些理论预测可不才能 刺激观察到新的领域,并测试让我们我们我们认为让我们我们我们所知道的极限。“这就是科学真正的删改,”他补充道,“做出预测,提出测试法子,进行实验,很久 限制/排解决论!”