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每项详细后会由并算是被称为“ 暗物质 ” 的神秘无形物质组成。从那我应该 ,科学家们试图用双管齐下的最好的方法来避免你这个谜团。一方面,天体物理学家试图寻找可需要解释你这个质量的候选粒子。

某些人面,天体物理学家试图找到可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”的难题上,机会其相对简单,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机会实际上是“温暖”的想法。

这是基于宇宙模型的宇宙学模拟,使用所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。该研究最近老要出现在皇家天文医学会 月刊中

科学家对LCDM宇宙学模型的表示

当它老要出现时,Dark Matter被恰当地命名。对于初学者来说,它占宇宙质量的大慨84%因此既不发射,很多很多很多很多吸收或反射光或任何某些已知形式的辐射。其次,它越来越 电磁荷,除了通过引力之外不与某些物质相互作用,这是并算是基本力中最弱的。

第三,它详细后会由原子或它们通常的构件(即电子,质子和阳子)组成,这促使它的神秘性。因此,科学家们推测它需要由某些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越来越 老要出现。

无论其真实本质何如,自从大爆炸事件所处大慨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,某些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。

大慨十亿年前4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并算是截然不同的宇宙内部的观察的支持。因此,它们与宇宙参数一致,如宇宙膨胀的传输强度,它并算是受到神秘的,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用与重力影响之外的任何某些物质或辐射(包括其自身)相互作用 - 即它是“冷”的。这很多很多很多很多所谓的冷暗物质(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。这主很多很多很多很多机会在过去四十年左右的时间里,某些人老要在努力使用冷暗物质作为标准范例进行预测 - 因此将哪几个范式与实际数据进行比较 - 发现一般来说,你这个模型并能在各种尺度上重现各种观察到的难题。“

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”(在你这个情形下是中微子)进行数字模拟我应该 ,冷暗物质场景成为了领跑者。哪几个亚原子粒子非常这类于电子,但越来越 电荷。它们也很轻,以近乎光速的传输强度穿过宇宙(换句话说,它们在运动学上很“热”)。

哪几个模拟表明,预测的分布看起来与今天的宇宙无关,“Bose补充道。“出于你这个意味分析,结束英文考虑相反的限制,当它们出生时几乎越来越 任何传输强度的粒子(又称”冷“)。所含该候选者的模拟更符合现代宇宙观测。

“在进行了与我应该 相同的星系聚类测试我应该 ,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。在我应该 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几个测试。

越来越 吸引力的来源是,冷暗物质(大慨在理论上)应该是直接或间接可检测的。然而,这是CDM遇到麻烦的地方,机会到目前为止所有检测单个粒子的尝试都失败了。因此,宇宙学家机会考虑考虑某些机会与某些物质具有更小水平相互作用的候选者。

这很多很多很多很多CfA的天文学家Sownak Bose试图与他的研究团队决定。为了某些人的学习,某些人专注于4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。

很重是,它可需要与中微子相互作用,中微子是HDM场景的前者。某些人认为中微子在炎热的早期宇宙中非常普遍,因此“温暖的”暗物质的所处会产生强烈的影响。

“在这类模型中,暗物质粒子可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。“你这个耦合在早期的宇宙'凹凸'中留下了4个多相当独特的印记,这与暗物质是4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)

为了测试你这个点,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。哪几个模拟考虑了大爆炸后大慨10亿到大慨140亿年(大慨现在),温暖和暗物质的所处将何如影响星系的形成。Bose博士说:

“[W]进行了计算机模拟,以生成你这个宇宙在经过14亿年的演变后机会会是哪几个样子的实现。除了对暗物质成分建模外,某些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。“

因此,团队将结果相互比较,以选者可需要区分彼此的内部签名。某些人发现,对于某些模拟来说,你这个温暖的暗物质的影响太小而不明显。然而,它们以某些不同的最好的方法所处,很重是在遥远的星系分布在整个太空中的最好的方法。

你这个观察结果很重有趣,机会它可需要在未来使用下一代仪器进行测试。“越来越 做的最好的方法是通过观察甲烷气体的分布来早期绘制宇宙的凹凸,”Bose博士解释说。“从观测的高度来看,这是一项心智心智性心智心智心智心智成熟是什么的技术:某些人可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; 浅蓝色内部是甲烷气体和暗物质

简而言之,从遥远的星系向某些人传播的光需要通过星系间介质。机会在介入介质中所处小量中性氢,则来自星系的发射线将被每项吸收,而机会几乎越来越 ,则它们将不受阻碍。机会暗物质真的很冷,它将以甲烷气体的“更大”分布的形式老要出现,而WDM场景将意味分析振荡的块状物。

目前,天文仪器越来越 必要的分辨率来测量早期宇宙中的甲烷气体振荡。但正如博斯博士指出的那样,这项研究可需要为新实验和并能进行哪几个观察的新设施提供动力。

这类,像詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)越来越 的红外仪器可用于创建新的甲烷气体吸收分布图。哪几个地图既可需要确认温暖暗物质的影响,也可需要将其作为候选者进行排除。某些人还希望这项研究并能激发某些人对机会考虑过的候选人的思考。

最后,正如博森博士所说,真正的价值来自越来越 4个多事实:哪几个理论预测可需要刺激观察到新的领域,并测试某些人认为某些人所知道的极限。“这很多很多很多很多科学真正的详细,”他补充道,“做出预测,提出测试最好的方法,进行实验,因此限制/排避免论!”