暗物质研究的新突破天文学家已经获得了宇宙中全尺寸暗晕内部结构的第一张高清晰度图片——x娱乐

娱乐,北京,9月3日(代理,孙子发)。近年来,对暗物质的研究引起了广泛关注,并取得了重要的理论突破。在目前的标准宇宙学模型下,天文学家首次获得了宇宙中暗物质晕(暗晕)内部结构的清晰图像,从最小的类地质量到最大质量的超星系团(跨越20个数量级)。


这一重要的天文成就是由中国科学院国家天文台研究员王杰和一个由中、德、英、美天文学家组成的国际合作小组领导的。用了五年时间开发和测试模拟程序,使用了中国和欧洲的超级计算机,采用了全新的多重放大模拟技术,最终全面解决了暗晕的内部结构,获得了高清图像。这篇成果论文已发表在北京时间9月2日深夜出版的国际著名学术期刊《自然》上。


暗物质研究的新突破天文学家已经获得了宇宙中全尺寸暗晕内部结构的第一张高清晰度图片——x娱乐  第1张。超放大宇宙模拟中暗物质密度分布示意图:图中显示了两个放大过程。背景图片中宇宙网格的节点是具有太阳质量的星系团,而左下角第二张放大图中最小的结构是具有太阳质量的暗晕,它跨越了20个层次。(照片由中国科学院国家天文台提供)

目前推测最小暗晕质量可能和地球相当


根据中国科学院国家天文台的数据,宇宙中大约85%的物质成分是暗物质,其物质属性与构成恒星、行星和人类世界的普通物质有很大不同。这些暗物质因重力而坍塌,形成的结构被称为暗晕。普通物质的气体被冷却并聚集在暗晕的中心,从而形成明亮的恒星、星系和整个明亮的世界。


宇宙中质量最大的暗晕是一个包含数百个明亮星系的巨大星系团,其质量大约是太阳的1万亿倍。因为恒星和星系只能在比太阳重一百万倍的黑暗光晕中形成,所以对于那些质量较小的恒星和星系来说,它们在整个宇宙的演化历史中都是“黑暗的”。它们数量丰富,但人类对它们知之甚少。根据流行的暗物质属性模型,宇宙中最小的暗晕质量可能等于地球的质量。


暗物质研究的新突破天文学家已经获得了宇宙中全尺寸暗晕内部结构的第一张高清晰度图片——x娱乐  第2张中欧超级计算机3354中国天河二号,英国宇宙飞船,德国芙蕾雅(从左到右)。(照片由中国科学院国家天文台提供)

超级放大模拟相当于在月面图片找跳蚤


由于它们的黑暗,我们只能依靠超级计算机通过模拟宇宙的演化来研究这些黑暗的超暗光环。”国际团队成员、中国科学院国家天文台研究员高亮表示,为了在整个宇宙背景下研究只有太阳系大小的暗晕内部结构,国际团队开发了一种全新的技术,并进行了一系列超放大的宇宙模拟,质量放大倍数跨越30个数量级(即100万亿倍)。这些超级放大的模拟使团队能够详细研究从地球到超级星团的质量暗晕的形成、演化和内部结构。英国达勒姆大学论文的合著者卡洛斯·弗伦克教授说,在宇宙的一个典型区域进行这种超放大模拟需要八个“放大镜”继电器来放大。放大相当于在月球表面发现一只跳蚤。如何对每一个新的“放大镜”逐一进行配置,使新获取的图像与原始图像一样准确清晰,对模拟原始条件的准确性和程序的准确性和可靠性提出了很大的挑战。“这是我们整个领域从未遇到过的挑战,也是我们开始工作以来遇到的最困难的挑战。”


所有质量暗晕内部结构极为相似


暗物质可能并非“完全”黑暗


这些新获得的关于小质量暗晕内部结构的知识将使天文学家能够使用各种工具来探测它们,如引力透镜、动力学和伽马辐射爆发的监测。根据目前的一些理论,大量暗物质粒子会在稠密的暗晕中心相互碰撞,从而湮灭并产生伽马辐射爆炸。


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“我们的结果预测,大部分辐射来自于超微型暗晕,这些暗晕太小,无法形成恒星。”德国马克斯·普朗克天体物理研究所的合作者西蒙·西蒙·怀特教授说:“未来的伽马射线观测很可能捕捉到这些辐射信号,这样我们就可以一窥这些宇宙中‘超级矮星’的‘真实内容’。”这将有助于我们验证关于暗物质本质的假设。——暗物质可能不像我们想象的那样‘完全’黑暗。”


据了解,这一实现暗物质研究重大突破的超级模拟是在超级计算机上完成的,如中国的天河二号、英国的COSMA和德国的芙蕾雅。研究论文的作者包括来自中国、英国、德国和美国的7名科学家。(结束)


[编辑:萧玉]

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