最詳細的宇宙暗物質地圖,你見過嗎?

2021-01-19 騰訊太空

暗能量巡天（DES）項目的一項新研究通過大質量扭曲光線的原理繪製出了一幅更大更詳細的宇宙暗物質結構圖。該圖不但支持26%的宇宙都是由神秘物質構成這一觀點，還顯示這些神秘物質的分布比預計的更加均勻。如果該觀點得到證實，將暗示著可能有某些物理性質尚待我們發現。


2013年以來，DES背後的國際團隊就一直在對大約1/8的夜空進行深度廣域的掃描，搜集距離地球數十億光年遠的大約3億個星系的數據，探尋暗能量究竟是什麼。除了都神秘莫測之外，暗能量和暗物質並沒有多少共同點。暗能量就像一個黑匣子，能解釋為什麼宇宙似乎在加速膨脹，這一觀測結果在過去至少20年裡已經得到了廣泛認同——不論暗能量是什麼，它都是不容小覷的，因為它佔據了整個宇宙大約68%的能量。暗物質則是將物質聚在一起。它也是一個神秘的黑匣子，能解釋為什麼星系在可見能量似乎不夠的情況下，還能凝聚在一起。


了解宇宙隨著時間的推移是如何擴張、宇宙物質又是如何凝聚能幫助我們進一步了解何為暗能量和暗物質。這就要求我們了解140億年前的初期宇宙的模樣。要完成這一壯舉，我們需要一個能回望過去的相機。


幸運的是，普朗克望遠鏡能做到這點。它能提供宇宙微波背景形式的照片——一幅能顯示宇宙形成初期的輻射的地圖。這些輻射如回聲般，依舊迴蕩在如今的宇宙之中。


2015年，DES根據黑暗能量相機（Dark Energy Camera）收集到的200萬個星系的信息，發布了第一批宇宙地圖，讓研究者們可以將相對「近期」的宇宙跟「當時」的宇宙進行對比。現在，我們獲得了比以前大十倍的地圖，該地圖以2600萬個星系的外形分析為基礎，這些外形信息通過引力透鏡得來。引力透鏡是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種現象，於1919年首次被觀測到，讓這名德國出生的天才一舉進入公眾視野。


下面就是這張神奇的新地圖：

圖自：芝加哥大學科維裡宇宙物理研究所，DES團隊成員，Chihway Chang


如今，我們可以利用質量能扭曲空間的原理來測算光線經過暗物質時發生了怎樣的扭曲，以此「看見」暗物質。這讓我們得以測算一部分宇宙區域中兩種物質的數量和分部情況。普朗克望遠鏡的地圖和DES地圖的對比結果，支持我們目前在暗物質和暗能量數量方面取得的共識。


「DES的測量結果和普朗克望遠鏡的地圖進行比較之後，支持最為簡單的暗物質/暗能量理論，」愛丁堡大學的研究者喬·尊特（Joe Zunt）說,「我們的測量結果和普朗克望遠鏡的結果只差了不到7%，這一點令整個團隊興奮不已。」


7%是個近似數字，但這個不確切的結果也讓人激動不已，因為如果得到證實，這兩個結果之間的差異可能意味著物質聚集的速度比現今物理學所預測的要慢，這暗示著還有事物尚待我們發現。但隨著數據的增加，這一差異將來很可能會縮小。由於該結果還需進行同行評審，因此我們仍需謹慎以待。


不過，天文學界的發現通常都始於這類差異，所以該結果也值得我們進行詳細研究。「DES已經取得了一些非凡的發現和測量結果，而他們所獲得的數據還不過冰山一角，」費米實驗室主任奈傑爾·洛克耶（Nigel Lockyer）說，「當今處於世界前沿的研究結果所指的方向，正是DES將在未來的暗能量研究中所邁進的方向。」


該項目距完成預計還有一年時間，目前只測繪了1/30的天空。我們期待，在不久的將來，他們能繪製出更大更好的地圖。


來源：https://www.sciencealert.com

譯者：牛樹軍

責編：鍾狼將 陳田


探尋暗物質，揭開銀河系「隱藏」的宇宙


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  • Hey，你見過暗物質暈嗎？
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