宇宙的隱形骨架,科學家模擬出 WIMP 暗物質分布

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 16 日 19:26 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


星系與星系彼此距離之遠彷彿互不相干,但其實各星系、星系團之間都有由暗物質、塵埃、氣體連接構成的隱形宇宙網,然而暗物質不可見,我們彷彿只能想像它們結構可能多複雜。直到現在,哈佛-史密松天體物理中心一項最新模擬揭開了如果暗物質可見、它們會是什麼樣子:包覆著宇宙每個星系形成巨大光暈,就像微血管一樣密密麻麻。

常規物質(重子物質)與暗物質就像光與影,人眼可見的物質宇宙或許已充滿絢爛奪目的光,然而關掉燈,由暗物質主宰的宇宙才正要綻放另一番美景,我們已經知道暗物質會藏在星系外圍形成「暗物質暈」構成星系大部分質量,也堆積在連接星系與星系之間的「通道」,塵埃、氣體會沿著這些通道流入暗物質更集中的區域以幫助形成恆星與星系,可以想像成汽車下了高速公路進入城市。

但暗物質仍有許多未解問題,因此天文學家經常為暗物質開發新模型,並將其與觀測結果進行比較以測試準確性。

最近哈佛-史密松天體物理中心團隊假設暗物質是由質量比質子還要大 100 倍的大質量弱相互作用粒子(WIMP)組成,對宇宙暗物質分布進行了新的模擬,正如過去觀察那邊,暗物質聚集在星系周圍,有趣的是,明明不同星系和星系團形成於宇宙不同時期,並可能經歷不同形成過程,但研究人員發現從較小的星系周圍暗物質暈、到較大的星系團周圍暗物質暈,它們通通具有相似的、可預測的結構:中心最密集、邊緣更分散。

研究人員 Sownak Bose 說,他可以拿出質量分別為太陽 10^15 倍和 10^-6 倍的暗物質暈照片給你看,如果沒有比例尺,你絕對無法從外觀分出哪個是哪個。

較小的暗物質暈密度是較大暗物質暈的 2~3 倍,這代表 WIMP 粒子相互碰撞並釋出伽馬射線的機率更大,更有機會被望遠鏡檢測到。藉由新的模擬地圖,科學家便多了其他方法來檢測暗物質暈,包括伽馬射線、重立透鏡、星系動力學等。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:哈佛-史密松天體物理中心

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