暗物質(zhì)研究挑戰(zhàn)者的宇宙模型

對于宇宙學(xué)，它可能又回到了繪圖板上。

簡介：意大利天文學(xué)家使用引力透鏡對數(shù)組星系群進(jìn)行觀測，以尋找暗物質(zhì)的蹤影，在星系中他們觀測到了暗物質(zhì)團(tuán)，但密度超過目前理論臨界值的十倍，這將挑戰(zhàn)現(xiàn)有的宇宙模型。

幾十年前，天文學(xué)家意識到他們遇到了一個(gè)問題：他們在宇宙中找不到足夠的物質(zhì)來解釋恒星和星系之間的所有空間。

失蹤的質(zhì)量提出了一個(gè)問題：是什么通過引力將所有這些天體結(jié)合在一起？

這種缺失的質(zhì)量被稱為暗物質(zhì)，理論上它構(gòu)成了宇宙的大部分。 正常物質(zhì)，我們能找到的東西，只占更大宇宙的百分之五左右，所以這個(gè)理論是這樣的。 但自從它被發(fā)現(xiàn)以來，暗物質(zhì)從未被直接觀察到，因?yàn)樗前档摹?/p>

現(xiàn)在，使用一種稱為引力透鏡的技術(shù)，一組天文學(xué)家觀察了星系團(tuán)內(nèi)冷暗物質(zhì)的小尺度分布。 他們的發(fā)現(xiàn)可以完全改變當(dāng)前的宇宙數(shù)字模型。

周四發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究詳細(xì)介紹了這些發(fā)現(xiàn)。

天文學(xué)家通過引力透鏡觀察大質(zhì)量星系團(tuán)中難以捉摸的暗物質(zhì)。Meneghetti 等。

阿爾博洛尼亞天體物理和空間科學(xué)天文臺的研究員、這項(xiàng)新研究的主要作者馬西莫·梅內(nèi)蓋蒂 (Massimo Meneghetti) 試圖測試星系團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)模型，并將其與真實(shí)宇宙中發(fā)生的情況進(jìn)行比較。

“我們試圖了解我們假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)模型，看看我們是否能夠找到模型預(yù)測的質(zhì)量函數(shù)和分布之間的匹配，”Meneghetti 說道。

為此，研究人員使用引力透鏡繪制了總共 11 個(gè)星系團(tuán)中的物質(zhì)分布圖。

暗物質(zhì)不能直接觀察。因此，為了探測它的特性，天文學(xué)家必須發(fā)揮創(chuàng)造力。引力透鏡使用宇宙中遙遠(yuǎn)的光源發(fā)出的光作為透鏡，由于光源和它所朝向的物體之間的物質(zhì)分布，光變得扭曲。

“你可以使用這種效應(yīng)來追溯你沒有看到的物質(zhì)，”梅內(nèi)蓋蒂說。

該研究測量了暗物質(zhì)亞暈，或構(gòu)成大暗物質(zhì)暈的較小暗物質(zhì)團(tuán)塊。這些光暈形成了恒星被限制在其中的信封。

使用引力透鏡，研究小組驚訝地發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的幾種強(qiáng)烈影響，他們無法在宇宙的數(shù)值模型中模擬。透鏡效應(yīng)表明，星系團(tuán)內(nèi)的物質(zhì)分布比模型預(yù)測的要高度集中。

“這不是這些亞暈的數(shù)量或質(zhì)量的問題，而是它們的集中程度的問題，”梅內(nèi)蓋蒂說。 “他們超過了這個(gè)密度臨界值的 10 倍?！?/p>

結(jié)果可能意味著這些模型要么沒有考慮與恒星形成相關(guān)的一些未知物理特性，要么沒有考慮普通物質(zhì)和暗物質(zhì)如何相互作用。但另一種選擇是暗物質(zhì)的本質(zhì)尚未完全理解。

“我們從這個(gè)結(jié)果中了解到，我們目前的理論模型無法重現(xiàn)真實(shí)的宇宙?！泵穬?nèi)蓋蒂說。 “為了解決這個(gè)難題，我們真的需要探索一些以前從未考慮過的選擇?！?/p>

研究小組正計(jì)劃從星系團(tuán)收集更多數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步研究他們的結(jié)果，并找出為什么它與當(dāng)前的模擬不符。

摘要：冷暗物質(zhì) (CDM) 構(gòu)成了宇宙中的大部分物質(zhì)。使用宇宙學(xué)模擬從理論上研究了稠密宇宙環(huán)境（例如星系團(tuán)）中暗物質(zhì)和亮物質(zhì)之間的相互作用。引力透鏡的觀測被用來表示征子結(jié)構(gòu)的特性——暗物質(zhì)的小尺度分布——在集群中。我們推導(dǎo)出一個(gè)度量，即暗物質(zhì)子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)透鏡事件的概率，并為 11 個(gè)星系團(tuán)計(jì)算它。觀察到的簇子結(jié)構(gòu)是比 CDM 模擬預(yù)測的更有效的透鏡，超過一個(gè)數(shù)量級。我們認(rèn)為模擬的系統(tǒng)問題或?qū)Π滴镔|(zhì)特性的錯誤假設(shè)可以解釋我們的結(jié)果。

相關(guān)知識

在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)（英語：Dark Matter）是指不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)，也就是不會吸收、反射或發(fā)出光。人們目前只能透過重力產(chǎn)生的效應(yīng)得知，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。[2]

現(xiàn)代天文學(xué)經(jīng)由引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成、微波背景輻射等方法和理論來探測暗物質(zhì)。而根據(jù)ΛCDM模型，由普朗克衛(wèi)星探測的數(shù)據(jù)得到：整個(gè)宇宙的構(gòu)成中，常規(guī)物質(zhì)（即重子物質(zhì)）占4.9%，而暗物質(zhì)則占26.8%，還有68.3%是暗能量（質(zhì)能等價(jià)）。[3][4][5]暗物質(zhì)的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性（inconsistency），對結(jié)構(gòu)形成也非常關(guān)鍵。暗物質(zhì)很有可能是一種（或幾種）粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新粒子所構(gòu)成。對暗物質(zhì)（和暗能量）的研究是現(xiàn)代宇宙學(xué)和粒子物理的重要課題。

2015年11月，NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家蓋瑞?普里茲奧（Gary Prézeau）以ΛCDM模型模擬銀河系內(nèi)暗物質(zhì)流過地球與木星等行星的情形，發(fā)現(xiàn)這會使該暗物質(zhì)流的密度明顯上升（地球： {displaystyle 10^{7}} 10^{7}倍、木星： {displaystyle 10^{8}} 10^{8}倍），并呈現(xiàn)毛發(fā)狀的向外輻射分布結(jié)構(gòu)[6][7]。

BY: inverse

FY:?宇宙天文

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處