也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪50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项全部是否由并是否被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那后来,科学家们试图用双管齐下的法律法律依据来解决這個谜团。一方面,天体物理学家试图寻找可不上能 解释這個质量的候选粒子。

本人面,天体物理学家试图找到可不上能 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”的难题上,不可能 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不可能 实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用含晒 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。该研究最近出现在皇家天文自学月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它出现时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的至少84%后来既不发射,后来吸收或反射光或任何许多已知形式的辐射。其次,它没办法 电磁荷,除了通过引力之外不与许多物质相互作用,这是并是否基本力中最弱的。

第三,它全部是否由原子或它们通常的构件(即电子,质子跟生子)组成,这促使它的神秘性。后来,科学家们推测它时需由许多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办法 出现。

无论其真实本质怎样,自从大爆炸事件占据 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,大伙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。

至少十亿年前另另另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是否截然不同的宇宙社会形态的观察的支持。后来,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的传输速率,它并是否受到神秘的,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再与重力影响之外的任何许多物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这后来所谓的冷暗物质(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。这主后来不可能 在过去四十年左右的时间里,大伙一个劲 在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 后来将哪几个范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,這個模型促使在各种尺度上重现各种观察到的难题。“

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”(在這個情况汇报下是中微子)进行数字模拟后来,冷暗物质场景成为了领跑者。哪几个亚原子粒子非常例如于电子,但没办法 电荷。它们也很轻,以近乎光速的传输速率穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

哪几个模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于這個由于 ,刚开始英语 考虑相反的限制,当它们出生时几乎没办法 任何传输速率的粒子(又称”冷“)。含晒 该候选用的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与后来相同的星系聚类测试后来,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。在后来的几十年中,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,后来它通常以漂亮的颜色通过哪几个测试。

从前 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,不可能 到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。后来,宇宙学家不可能 考虑考虑许多不可能 与许多物质具有更小水平相互作用的候选用。

这后来CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了大伙的学习,大伙专注于另另另四个“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。

有点是,它可不上能 与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。大伙认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,后来“温暖的”暗物质的占据 会产生强烈的影响。

“在例如模型中,暗物质粒子可不上能 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。“這個耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了另另另四个相当独特的印记,这与暗物质是另另另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)

为了测试這個点,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。哪几个模拟考虑了大爆炸后至少10亿到至少140亿年(至少现在),温暖和暗物质的占据 将怎样影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成這個宇宙在经过14亿年的演变后不可能 会是哪几个样子的实现。除了对暗物质成分建模外,大伙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。“

后来,团队将结果相互比较,以选用可不上能 区分彼此的社会形态签名。大伙发现,对于许多模拟来说,這個温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以许多不同的法律法律依据占据 ,有点是在遥远的星系分布在整个太空中的法律法律依据。

這個观察结果有点有趣,不可能 它可不上能 在未来使用下一代仪器进行测试。“从前 做的法律法律依据是通过观察乙炔气体 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1来看,这是一项成熟图片 期期的技术:大伙可不上能 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; 深紫色 社会形态是乙炔气体 和暗物质

简而言之,从遥远的星系向大伙传播的光时需通过星系间介质。不可能 在介入介质中占据 一定量中性氢,则来自星系的发射线将被每项吸收,而不可能 几乎没办法 ,则它们将不受阻碍。不可能 暗物质真的很冷,它将以乙炔气体 的“更大”分布的形式出现,而WDM场景将由于 振荡的块状物。

目前,天文仪器没办法 必要的分辨率来测量早期宇宙中的乙炔气体 振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究可不上能 为新实验和促使进行哪几个观察的新设施提供动力。

例如,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)从前 的红外仪器可用于创建新的乙炔气体 吸收分布图。哪几个地图既可不上能 确认温暖暗物质的影响,促使否将其作为候选用进行排除。大伙还希望这项研究促使激发大伙对不可能 考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自从前 另另另四个事实:哪几个理论预测可不上能 刺激观察到新的领域,并测试大伙认为大伙所知道的极限。“这后来科学真正的全部,”他补充道,“做出预测,提出测试法律法律依据,进行实验,后来限制/排解决论!”