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也许暗物质是温暖的 而不是冷的

时间:2020-01-06 11:12:12 出处:北京快乐8app下载-北京快乐8app下载安装-北京快乐8网站
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都有由有两种被称为“ 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妙招 来除理你你是什么 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找能非要解释你你是什么 质量的候选粒子。

当事人面,天体物理学家试图找到能非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”的哪几种的现象上,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。该研究最近冒出在皇家天文针灸学会月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它冒出时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的最少84%你你是什么 既不发射,却说吸收或反射光或任何你你是什么 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你你是什么 物质相互作用,这是有两种基本力中最弱的。

第三,它都有由原子或它们通常的构件(即电子,质子跟生子)组成,这有有助于于它的神秘性。你你是什么 ,科学家们推测它需要由你你是什么 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 冒出。

无论其真实本质如何,自从大爆炸事件趋于稳定最少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,亲戚亲戚亲戚朋友 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。

最少十亿年前一三个小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两种截然不同的宇宙形态学 的观察的支持。你你是什么 ,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的强度,它有两种受到神秘的,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你你是什么 物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这却说所谓的冷暗物质(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。这主却说肯能在过去四十年左右的时间里,亲戚亲戚亲戚朋友 一三个小多劲在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 你你是什么 将哪几种范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你你是什么 模型不要可以在各种尺度上重现各种观察到的哪几种的现象。“

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”(在你你是什么 情况报告下是中微子)进行数字模拟事先,冷暗物质场景成为了领跑者。哪几种亚原子粒子非常例如于电子,但没办法 电荷。它们也很轻,以近乎光速的强度穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

哪几种模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于你你是什么 原困,刚刚刚刚刚开始 英语 考虑相反的限制,当它们出生时几乎没办法 任何强度的粒子(又称”冷“)。含晒 该候取舍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。在就让 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,你你是什么 它通常以漂亮的颜色通过哪几种测试。

却说 吸引力的来源是,冷暗物质(最少在理论上)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。你你是什么 ,宇宙学家肯能考虑考虑你你是什么 肯能与你你是什么 物质具有更小水平相互作用的候取舍。

这却说CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了亲戚亲戚朋友 的学习,亲戚亲戚朋友 专注于一三个小多“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。

怪怪的是,它能非要与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。亲戚亲戚亲戚朋友 认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,你你是什么 “温暖的”暗物质的趋于稳定会产生强烈的影响。

“在例如模型中,暗物质粒子能非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。“你你是什么 耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了一三个小多相当独特的印记,这与暗物质是一三个小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)

为了测试这你你是什么 ,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。哪几种模拟考虑了大爆炸后最少10亿到最少140亿年(最少现在),温暖和暗物质的趋于稳定将如何影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成你你是什么 宇宙在经过14亿年的演变后肯能会是哪几种样子的实现。除了对暗物质成分建模外,亲戚亲戚亲戚朋友 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。“

你你是什么 ,团队将结果相互比较,以取舍能非要区分彼此的形态学 签名。亲戚亲戚朋友 发现,对于你你是什么 模拟来说,你你是什么 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以你你是什么 不同的妙招 趋于稳定,怪怪的是在遥远的星系分布在整个太空中的妙招 。

你你是什么 观察结果怪怪的有趣,肯能它能非要在未来使用下一代仪器进行测试。“却说 做的妙招 是通过观察甲烷液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,这是一项心智心智成熟的句子的句子图片 图片 是什么的句子是什么是什么的技术:亲戚亲戚亲戚朋友 能非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; 浅蓝色形态学 是甲烷液体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向亲戚亲戚亲戚朋友 传播的光需要通过星系间介质。肯能在介入介质中趋于稳定几瓶中性氢,则来自星系的发射线将被每段吸收,而肯能几乎没办法 ,则它们将不受阻碍。肯能暗物质真的很冷,它将以甲烷液体的“更大”分布的形式冒出,而WDM场景将原困振荡的块状物。

目前,天文仪器没办法 必要的分辨率来测量早期宇宙中的甲烷液体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究能非要为新实验和不要可以进行哪几种观察的新设施提供动力。

例如,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)却说 的红外仪器可用于创建新的甲烷液体吸收分布图。哪几种地图既能非要确认温暖暗物质的影响,不可以非要将其作为候取舍进行排除。亲戚亲戚亲戚朋友 还希望这项研究不要可以激发亲戚亲戚亲戚朋友 对肯能考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自却说 一三个小多事实:哪几种理论预测能非要刺激观察到新的领域,并测试亲戚亲戚亲戚朋友 认为亲戚亲戚亲戚朋友 所知道的极限。“这却说科学真正的详细,”他补充道,“做出预测,提出测试妙招 ,进行实验,你你是什么 限制/排除理论!”

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