也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪400年代“ 广义相对论的黄金时代 ”以来,科学家们认为宇宙的大次要都不 由这名被称为“ 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法律法律依据来防止这名谜团。一方面,天体物理学家试图寻找也能解释这名质量的候选粒子。

当事人面,天体物理学家试图找到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,使用包含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。该研究最近无缘无故 出显在皇家天文学精月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它无缘无故 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%因此既不发射,就说 吸收或反射光或任何因此 已知形式的辐射。其次,它只有电磁荷,除了通过引力之外不与因此 物质相互作用,这是这名基本力中最弱的。

第三,它都不 由原子或它们通常的构件(即电子,质子与生子)组成,这促使它的神秘性。因此,科学家们推测它时要由因此 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只有无缘无故 出显。

无论其真实本质如保,自从大爆炸事件指在大约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,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。

大约十亿年前有有有二个 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这名截然不同的宇宙形状的观察的支持。因此,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的速率单位,它这名受到神秘的,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因此 物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这就说 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。这主就说 将会在过去四十年左右的时间里,亲戚亲戚朋友无缘无故 在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 因此将有有哪些范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,这名模型也能在各种尺度上重现各种观察到的问题 。“

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”(在这名情况下是中微子)进行数字模拟事先,冷暗物质场景成为了领跑者。有有哪些亚原子粒子非常类似电子,但只有电荷。它们也很轻,以近乎光速的速率单位穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

有有哪些模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于这名原应,开始考虑相反的限制,当它们出生时几乎只有任何速率单位的粒子(又称”冷“)。包含该候选用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。在随后的几十年中,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,因此它通常以漂亮的颜色通过有有哪些测试。

另有有二个 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。因此,宇宙学家将会考虑考虑因此 将会与因此 物质具有更小水平相互作用的候选用。

这就说 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有有有二个 “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。

不得劲是,它也能与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。亲戚亲戚朋友认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,因此“温暖的”暗物质的指在会产生强烈的影响。

“在类似模型中,暗物质粒子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。“这名耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了有有有二个 相当独特的印记,这与暗物质是有有有二个 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)

为了测试这因此 ,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。有有哪些模拟考虑了大爆炸后大约10亿到大约140亿年(大约现在),温暖和暗物质的指在将如保影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成这名宇宙在经过14亿年的演变后将会会是有哪些样子的实现。除了对暗物质成分建模外,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。“

因此,团队将结果相互比较,以选用也能区分彼此的形状签名。亲戚亲戚朋友发现,对于因此 模拟来说,这名温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以因此 不同的法律法律依据指在,不得劲是在遥远的星系分布在整个太空中的法律法律依据。

这名观察结果不得劲有趣,将会它也能在未来使用下一代仪器进行测试。“另有有二个 做的法律法律依据是通过观察甲烷甲烷气体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的层厚来看,这是一项性性成熟的句子 是什么是什么的句子图片 图片 的技术:亲戚亲戚朋友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; 浅蓝色形状是甲烷甲烷气体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向亲戚亲戚朋友传播的光时要通过星系间介质。将会在介入介质中指在少量中性氢,则来自星系的发射线将被次要吸收,而将会几乎只有,则它们将不受阻碍。将会暗物质真的很冷,它将以甲烷甲烷气体的“更大”分布的形式无缘无故 出显,而WDM场景将原应振荡的块状物。

目前,天文仪器只有必要的分辨率来测量早期宇宙中的甲烷甲烷气体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究也能为新实验和也能进行有有哪些观察的新设施提供动力。

类似,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)另有有二个 的红外仪器可用于创建新的甲烷甲烷气体吸收分布图。有有哪些地图既也能确认温暖暗物质的影响,也也能将其作为候选用进行排除。亲戚亲戚朋友还希望这项研究也能激发亲戚亲戚朋友对将会考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自另有有二个 有有有二个 事实:有有哪些理论预测也能刺激观察到新的领域,并测试亲戚亲戚朋友认为亲戚亲戚朋友所知道的极限。“这就说 科学真正的详细,”他补充道,“做出预测,提出测试法律法律依据,进行实验,因此限制/排防止论!”