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模拟星系如何在冷、暖和模糊(从左到右)的暗物质场景中形成。 学分:普林斯顿大学、苏塞克斯大学、剑桥大学 苏塞克斯大学进行的新研究首次以一种新的方式模拟了暗物质,打破了关于宇宙构成的传统思维。 这项研究发表在昨天,2019年10月2日的《物理评论快报》上,与普林斯顿大学、哈佛大学、剑桥大学和麻省理工大学以及其他大学一起完成。 科学家们长期以来一直怀疑宇宙的很大一部分是由看不见的粒子或暗物质组成的,而且这些粒子一定很冷很重。 但是寻找证据一直难以捉摸,导致研究人员考虑替代理论。 新的模拟显示,如果暗物质在宇宙中非常轻,而不是像大多数科学家假设的那样非常重,那么恒星和星系可能是如何在宇宙的起源处形成并聚集在一起的。 苏塞克斯大学的一名物理学家与一个国际团队合作,计算暗物质的行为,以及如果它是“模糊的”并且质量极其轻的话,星系看起来会有多早。 “模糊的”暗物质理论认为暗物质是由微小的粒子组成的,这些粒子非常轻,它们的行为就像量子物质一样,以波的形式运动。 它们的量子性质可以在银河尺度上看到。 传统上,暗物质被认为是冷的。 但是,由于粒子加速器至今还不能创造出这样的暗物质,这一理论引起了怀疑。 新的“模糊暗物质”理论越来越受欢迎,因为根据粒子物理学它是有意义的,但它以前从未被完全模拟过。 这张图片显示了暗物质气体的分布和开始(从左到右)在模糊暗物质场景中是如何出现的。 学分:普林斯顿大学、剑桥大学和苏塞克斯大学 模拟显示,如果暗物质是模糊的并且非常轻,星系在宇宙开始时会形成什么形状。 该团队将它们与冷暗物质场景中形成的熟悉星系进行了对比。 随着宇宙的老化,星系已经改变了形状。 但是当新一代望远镜发射时——包括苏塞克斯物理学家正在研究的詹姆斯·韦伯太空望远镜——科学家们希望能够进一步回顾宇宙的历史,看看它过去是什么样子。 安娜斯塔西娅·菲亚尔科夫博士在苏塞克斯大学进行了这项研究,他说: “暗物质的性质仍然是个谜。 模糊暗物质理论在基础物理方面是有意义的,例如弦理论,因此也是一个有趣的暗物质候选者。 如果新一代强大的望远镜证明了模糊暗物质理论是正确的,那么我们就已经弄清了暗物质的本质:最大的谜团之一。 “全世界的研究人员都在寻找暗物质,粒子物理学家正在为暗物质建立模型,他们中的许多人都认为暗物质是‘冷'的。 在模糊暗物质理论中,暗物质在银河尺度上表现为波动,现在呈现出一个可信的替代场景:暗物质很小,在波动中运动,表现为量子物质。 我们的模拟是第一个解决模糊暗物质背景下星系形成的模拟。" 苏塞克斯大学数学和物理科学学院的天体物理学家凯西·罗默教授说: “寻找暗物质有点像‘沃利在哪里?“过去几十年来天文学家和粒子物理学家的专注工作给了我们一些我们需要寻找的线索,相当于沃利的条纹套头衫和帽子,但我们仍然没有找到它。 也许我们不应该一直在寻找沃利(冷暗物质),而是应该寻找温达(模糊暗物质)。 这项新研究非常重要,因为它为我们寻找另一条线索,相当于温迪的条纹袜子。" 普林斯顿的爱因斯坦研究员菲利普·莫茨说: “暗物质是星系诞生的摇篮,摇篮的形状也塑造了星系。 不同的暗物质模型预测不同的摇篮形状,特别是在年轻的宇宙中。 这是一个寻找和获得暗物质新线索的好地方。” 研究表明了什么? 研究人员发现,如果暗物质是冷的,那么早期宇宙中的星系就会形成近似球形的“光环”。 但是如果暗物质是模糊的,早期的宇宙会看起来不同,星系首先形成在延伸的尾部,或者说是“细丝”。 这些细丝的大小、形状和碎片在每个场景中都是不同的。 冷暗物质假说很好地描述了可观测宇宙的大规模结构。 因此,大多数星系形成的模型都是基于暗物质是冷的假设。 但是冷暗物质的观测和预测之间存在差异。 如果你观察非常小的星系,暗物质的分布不符合理论模型的预测。 此外,由于粒子加速器尚未发现暗物质,冷暗物质模型变得越来越不吸引人。 该团队已经对早期星系在由模糊暗物质主导的宇宙中的样子做出了第一个现实的预测。 目的是为即将到来的望远镜提供一张地图,比如詹姆斯·韦伯太空望远镜,它可能能够回溯到足够远的时间来发现最早的星系。 如果他们看到有尾巴的星系,或者本研究中模拟的“细丝”,这可能开始证实暗物质本质上是模糊的。 菲尔科夫博士现已搬到剑桥大学。 参考文献:“模糊宇宙细丝中的第一个恒星形成结构”,作者菲利普·莫茨、阿纳斯塔西亚·菲亚尔科夫、马克·沃格尔斯伯格、费尔南多·韦塞拉、穆斯塔法·阿 阿明、索瓦克·博斯、迈克尔·博伊兰-科尔钦、皮埃尔-亨利·查瓦尼斯、拉斯·埃尔南德斯、拉克伦·兰卡斯特、费德里科·马里纳奇、维克多·赫 罗伯斯和杰西·萨瓦拉,2019年10月2日,《物理评论快报》。 多伊:10。1103/PhysRevLett。123.十四万一千三百零一