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累积时会由四种 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措施 来补救累似 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找需要解释累似 质量的候选粒子。

当事人面,天体物理学家试图找到需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”的什么的问题上,将会其相对简单,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将会实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用带有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2个劲出显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2个劲出显时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的大约84%否则既不发射,可是我吸收或反射光或任何或多或少已知形式的辐射。其次,它不到电磁荷,除了通过引力之外不与或多或少物质相互作用,这是四种 基本力中最弱的。

第三,它时会由原子或它们通常的构件(即电子,质子和阳子)组成,这能够它的神秘性。否则,科学家们推测它需要由或多或少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不到2个劲出显。

无论其真实本质怎么才能 才能 ,自从大爆炸事件趋于稳定大约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,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。

大约十亿年前2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四种 截然不同的宇宙社会形态的观察的支持。否则,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的强度,它四种 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需要与重力影响之外的任何或多或少物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这可是我所谓的冷暗物质(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。这主可是我将会在过去四十年左右的时间里,一群人 2个劲在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 否则将哪些地方地方范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,累似 模型不需要 在各种尺度上重现各种观察到的什么的问题。“

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”(在累似 状态下是中微子)进行数字模拟事先,冷暗物质场景成为了领跑者。哪些地方地方亚原子粒子非常累似 于电子,但不到电荷。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”)。

哪些地方地方模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于累似 意味着,开使考虑相反的限制,当它们出生时几乎不到任何强度的粒子(又称”冷“)。带有该候挑选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。在可是我的几十年中,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,否则它通常以漂亮的颜色通过哪些地方地方测试。

另2个多 吸引力的来源是,冷暗物质(大约在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,将会到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。否则,宇宙学家将会考虑考虑或多或少将会与或多或少物质具有更小水平相互作用的候挑选。

这可是我CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了一群人 的学习,一群人 专注于2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,它需要与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。一群人 认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,否则“温暖的”暗物质的趋于稳定会产生强烈的影响。

“在累似 模型中,暗物质粒子需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。“累似 耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了2个多 相当独特的印记,这与暗物质是2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)

为了测试累似 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。哪些地方地方模拟考虑了大爆炸后大约10亿到大约140亿年(大约现在),温暖和暗物质的趋于稳定将怎么才能 才能 影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成累似 宇宙在经过14亿年的演变后将会会是哪些地方样子的实现。除了对暗物质成分建模外,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。“

否则,团队将结果相互比较,以挑选需要区分彼此的社会形态签名。一群人 发现,对于或多或少模拟来说,累似 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以或多或少不同的措施 趋于稳定,有点是在遥远的星系分布在整个太空中的措施 。

累似 观察结果有点有趣,将会它需要在未来使用下一代仪器进行测试。“另2个多 做的措施 是通过观察汽体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的深度来看,这是一项心智成长期期期期的句子 是什么的技术:一群人 需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; 蓝绿色社会形态是汽体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向一群人 传播的光需要通过星系间介质。将会在介入介质中趋于稳定大量中性氢,则来自星系的发射线将被累积吸收,而将会几乎不到,则它们将不受阻碍。将会暗物质真的很冷,它将以汽体的“更大”分布的形式2个劲出显,而WDM场景将意味着振荡的块状物。

目前,天文仪器不到必要的分辨率来测量早期宇宙中的汽体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究需要为新实验和不需要 进行哪些地方地方观察的新设施提供动力。

累似 ,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)另2个多 的红外仪器可用于创建新的汽体吸收分布图。哪些地方地方地图既需要确认温暖暗物质的影响,也需要将其作为候挑选进行排除。一群人 还希望这项研究不需要 激发一群人 对将会考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自另2个多 2个多 事实:哪些地方地方理论预测需要刺激观察到新的领域,并测试一群人 认为一群人 所知道的极限。“这可是我科学真正的完整篇 ,”他补充道,“做出预测,提出测试措施 ,进行实验,否则限制/排补救论!”

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