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要素有的是由三种生活被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那日后,科学家们试图用双管齐下的法律法律依据来补救你这些谜团。一方面,天体物理学家试图寻找能能解释你这些质量的候选粒子。

买车人面,天体物理学家试图找到能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”的大问题上,原应分析分析其相对简单,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原应分析分析实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用中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。该研究最近一直总出 在皇家天文法学会月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它一直总出 时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的合适84%因此 既不发射,什么都 吸收或反射光或任何因此 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因此 物质相互作用,这是三种生活基本力中最弱的。

第三,它有的是由原子或它们通常的构件(即电子,质子和心子)组成,这助于它的神秘性。因此 ,科学家们推测它能能由因此 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没办法 一直总出 。

无论其真实本质怎么才能 才能 ,自从大爆炸事件处在合适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,让让我们 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。

合适十亿年前一五个 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你这些种生活截然不同的宇宙底部形态的观察的支持。因此 ,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的传输波特率,它三种生活受到神秘的,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想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。这什么都 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。这主什么都 原应分析分析在过去四十年左右的时间里,让让我们 一直在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 因此 将哪些地方地方范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你这些模型能能在各种尺度上重现各种观察到的大问题。“

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”(在你这些具体情况下是中微子)进行数字模拟日后,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类似电子,但没办法 电荷。它们也很轻,以近乎光速的传输波特率穿过宇宙(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。“出于你这些原应分析,结速英文考虑相反的限制,当它们出生时几乎没办法 任何传输波特率的粒子(又称”冷“)。中含该候选者的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与日后相同的星系聚类测试日后,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,因此 它通常以漂亮的颜色通过哪些地方地方测试。

一五个 多多吸引力的来源是,冷暗物质(合适在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,原应分析分析到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。因此 ,宇宙学家原应分析分析考虑考虑因此 原应分析分析与因此 物质具有更小水平相互作用的候选者。

这什么都 CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了让让我们 的学习,让让我们 专注于一五个 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。

很糙是,它能能与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。让让我们 认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,因此 “温暖的”暗物质的处在会产生强烈的影响。

“在类似模型中,暗物质粒子能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。“你这些耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了一五个 多相当独特的印记,这与暗物质是一五个 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)

为了测试你这些点,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合适10亿到合适140亿年(合适现在),温暖和暗物质的处在将怎么才能 才能 影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成你这些宇宙在经过14亿年的演变后原应分析分析会是哪些地方样子的实现。除了对暗物质成分建模外,让让我们 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。“

因此 ,团队将结果相互比较,以选者能能区分彼此的底部形态签名。让让我们 发现,对于因此 模拟来说,你这些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处在,很糙是在遥远的星系分布在整个太空中的法律法律依据。

你这些观察结果很糙有趣,原应分析分析它能能在未来使用下一代仪器进行测试。“一五个 多多做的法律法律依据是通过观察氯化氯化氢气体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,这是一项心智心智性成熟图片 图片 图片 图片 图片 期期是什么的技术:让让我们 能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; 浅紫色底部形态是氯化氯化氢气体体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向让让我们 传播的光能能通过星系间介质。原应分析分析在介入介质中处在小量中性氢,则来自星系的发射线将被要素吸收,而原应分析分析几乎没办法 ,则它们将不受阻碍。原应分析分析暗物质真的很冷,它将以氯化氯化氢气体体的“更大”分布的形式一直总出 ,而WDM场景将原应分析振荡的块状物。

目前,天文仪器没办法 必要的分辨率来测量早期宇宙中的氯化氯化氢气体体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究能能为新实验和能能进行哪些地方地方观察的新设施提供动力。

类似,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)一五个 多多的红外仪器可用于创建新的氯化氯化氢气体体吸收分布图。哪些地方地方地图既能能确认温暖暗物质的影响,也能能将其作为候选者进行排除。让让我们 还希望这项研究能能激发让让我们 对原应分析分析考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自一五个 多多一五个 多事实:哪些地方地方理论预测能能刺激观察到新的领域,并测试让让我们 认为让让我们 所知道的极限。“这什么都 科学真正的完正,”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/排补救论!”