計算機模擬揭示了暗物質的光環

2020-09-07 技術力量


計算機模擬顯示了所有尺度的暗物質光環

如何研究看不見的東西?這是研究暗物質的天文學家面臨的一個挑戰。

哈佛大學和史密森天體物理中心的一個團隊對暗物質進行了詳細的模擬,並得出了一些令人驚訝的結果。

雖然暗物質佔宇宙中物質的85%,但它並不與光相互作用。只有通過它對光和其它物質的引力影響才能看到它。而且,迄今為止,在地球上直接探測暗物質的努力還沒有成功。

儘管暗物質的質量難以捉摸,但科學家們已經了解了它的一些情況。暗物質不僅是暗的,而且是冷的。它聚集在一起,形成星系團的種子。它還經常在星系周圍形成光環,構成了一個星系的大部分質量。

然而,關於暗物質仍有許多未解之謎,因此天文學家經常開發新的暗物質模型,將其與觀測結果進行比較,以檢驗其準確性。

其中一種方式是通過複雜的計算機模擬來實現。


弱相互作用的大質量粒子

任何暗物質模擬的準確性都取決於研究者對暗物質的假設。哈佛大學和史密森天體物理中心的團隊假設暗物質由質量約為質子100倍,弱相互作用的大質量粒子組成。

弱相互作用的大質量粒子是比較流行的暗物質理論之一。以前也有人做過類似的大質量粒子暗物質的計算機模擬。不過,這一次的解析度特別高,模擬的特徵規模橫跨三十個數量級。

在這個模擬中,暗物質在星系周圍形成了光環,就像我們觀察到的一樣。但有趣的是,模擬發現光環也在各種質量尺度上發展,從行星質量的小光環,到星系光環,再到星系團周圍形成的大規模光環。這些光環有一個類似的結構,它們向中心最密集,在邊緣變得更加瀰漫。這種情況發生在所有尺度上,使其成為暗物質的一個明顯特徵。


暗物質碰撞時可能會發出伽馬射線

雖然小尺度的光環無法通過其對光的引力影響來檢測,但它們可以告訴我們暗物質如何與自身互動。關於暗物質的一個推測是,當暗物質粒子碰撞時,它們會發出伽馬射線。一些伽馬射線觀測結果暗示,伽馬射線過量來自銀河系的中心,這可能是由暗物質引起的。在這個特殊的模型中,暗物質產生的大部分伽馬輻射來自較小的光環。

由於光環的規模會影響伽馬射線的能量,這個模型對我們在銀河系和其它星系中應該看到的伽馬射線過量進行了具體的預測。

暗物質仍然是現代天文學中最大的未解問題之一,雖然我們很想直接探測到它,但像這樣的模擬是我們目前更好理解暗物質的最有力工具之一。

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