也许暗物质是温暖的 而不是冷的

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自20世纪300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种完整版都是由一种生活被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那之前 ,科学家们试图用双管齐下的方式来解决这些 谜团。一方面,天体物理学家试图寻找要能解释这些 质量的候选粒子。

本人面,天体物理学家试图找到要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”的什么的什么的问题上,或者其相对简单,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或者实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用涵盖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协会月刊中

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,它占宇宙质量的共要84%或者既不发射,如果吸收或反射光或任何许多已知形式的辐射。其次,它没法 电磁荷,除了通过引力之外不与许多物质相互作用,这是一种生活基本力中最弱的。

第三,它完整版都是由原子或它们通常的构件(即电子,质子和化子)组成,这利于它的神秘性。或者,科学家们推测它要能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法 出现。

无论其真实本质怎么,自从大爆炸事件发生共要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。

共要十亿年前另4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些 种生活截然不同的宇宙行态的观察的支持。或者,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的效率,它一种生活受到神秘的,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要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。这如果所谓的冷暗物质(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。这主如果或者在过去四十年左右的时间里,亲们老是在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 或者将那此范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,这些 模型要能在各种尺度上重现各种观察到的什么的什么的问题。“

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”(在这些 情况表下是中微子)进行数字模拟之前 ,冷暗物质场景成为了领跑者。那此亚原子粒子非常类事于电子,但没法 电荷。它们也很轻,以近乎光速的效率穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

那此模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于这些 意味,现在之前 刚开始考虑相反的限制,当它们出生时几乎没法 任何效率的粒子(又称”冷“)。涵盖该候选着的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与之前 相同的星系聚类测试之前 ,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。在之前 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,或者它通常以漂亮的颜色通过那此测试。

没法 吸引力的来源是,冷暗物质(共要在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,或者到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。或者,宇宙学家或者考虑考虑许多或者与许多物质具有更小水平相互作用的候选着。

这如果CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了亲们的学习,亲们专注于另4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,它要能与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。亲们认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,或者“温暖的”暗物质的发生会产生强烈的影响。

“在类事模型中,暗物质粒子要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。“这些 耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了另4个相当独特的印记,这与暗物质是另4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)

为了测试这许多,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。那此模拟考虑了大爆炸后共要10亿到共要140亿年(共要现在),温暖和暗物质的发生将怎么影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成这些 宇宙在经过14亿年的演变后或者会是那此样子的实现。除了对暗物质成分建模外,亲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。“

或者,团队将结果相互比较,以选着要能区分彼此的行态签名。亲们发现,对于许多模拟来说,这些 温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以许多不同的方式发生,有点是在遥远的星系分布在整个太空中的方式。

这些 观察结果有点有趣,或者它要能在未来使用下一代仪器进行测试。“没法 做的方式是通过观察甲烷固体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的淬硬层 来看,这是一项心智心智成熟是什么是什么是什么的句子的句子的句子是什么是什么是什么的技术:亲们要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; 浅蓝色行态是甲烷固体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向亲们传播的光要能通过星系间介质。或者在介入介质中发生几瓶中性氢,则来自星系的发射线将被每种吸收,而或者几乎没法 ,则它们将不受阻碍。或者暗物质真的很冷,它将以甲烷固体的“更大”分布的形式出现,而WDM场景将意味振荡的块状物。

目前,天文仪器没法 必要的分辨率来测量早期宇宙中的甲烷固体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究要能为新实验和要能进行那此观察的新设施提供动力。

类事,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)没法 的红外仪器可用于创建新的甲烷固体吸收分布图。那此地图既要能确认温暖暗物质的影响,也要能将其作为候选着进行排除。亲们还希望这项研究要能激发亲们对或者考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自没法 另4个事实:那此理论预测要能刺激观察到新的领域,并测试亲们认为亲们所知道的极限。“这如果科学真正的完整版,”他补充道,“做出预测,提出测试方式,进行实验,或者限制/排解决论!”