你見過暗物質(zhì)，會發(fā)暈嗎
最近，國際最高科學(xué)期刊 "自然" 發(fā)表了由國家天文臺研究員王杰領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團(tuán)隊的重要理論發(fā)現(xiàn)。他們利用超級計算機(jī)和一種新的多放大模擬技術(shù)，第一次獲得了宇宙中暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的清晰圖像，從最小的類地球質(zhì)量到目前標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下最大的質(zhì)量超星系團(tuán)。
宇宙中約 85% 的物質(zhì)是暗物質(zhì)，其物理性質(zhì)與構(gòu)成恒星、行星和人類世界的普通物質(zhì)有很大不同。這些暗物質(zhì)的引力塌陷所形成的結(jié)構(gòu)稱為暗暈。普通物質(zhì)的氣體冷卻并聚集在暗暈的中心，從而形成明亮的恒星、星系和整個明亮的世界。
在宇宙中，最大質(zhì)量的暗暈是由數(shù)百個明亮星系組成的巨大星團(tuán)，約為太陽質(zhì)量的 100 萬億倍，天文學(xué)家對其特性進(jìn)行了廣泛的研究。因為恒星和星系只能在比太陽重一百萬倍的暗暈中形成，所以在整個宇宙演化過程中，那些較小的暗暈只能保持 "黑暗"。它們非常多，但人類對它們知之甚少。根據(jù)流行的暗物質(zhì)屬性模型，可以推斷宇宙中的最小暗暈質(zhì)量可能與地球的相同。
我們只能依靠超級計算機(jī)模擬宇宙的演化來研究這些黑暗的光暈。" 國家天文臺的合著者強(qiáng)調(diào)，有必要開發(fā)一種新技術(shù)，在整個宇宙背景下研究太陽系大小光暈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
從未知開始，來自中國、德國、英國和美國的國際研究團(tuán)隊用了五年時間開發(fā)和測試了這個模擬程序，并進(jìn)行了一系列超放大的宇宙模擬，最終使質(zhì)量放大率超過 30 個數(shù)量級，即 10100 萬億倍。
這個數(shù)字意味著什么？"這個在宇宙的一個典型區(qū)域進(jìn)行的超放大模擬，需要用八個‘放大鏡’繼電器來放大。放大率相當(dāng)于在每月的圖片中找到一只跳蚤。" 杜蘭大學(xué)（Duran University) 的合著者卡洛斯·弗蘭克（Carlos Frank) 教授說，單是這一點就對科學(xué)家模擬原始條件的程序的準(zhǔn)確性和可靠性構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。在我們整個研究領(lǐng)域從未遇到過這種挑戰(zhàn)。" 卡洛斯·弗蘭克（Carlos Frank) 說。
保持云層向月球開放。通過這些超放大的模擬，該小組能夠可靠和徹底地研究從地球到超星系團(tuán)的質(zhì)量暈的形成、演化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
據(jù)推測，這些小暗暈應(yīng)該不同于熟悉的超暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)。" 但令王杰等人驚訝的是，所有質(zhì)量暈都有非常相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu) -- 中心致密，外部逐漸稀疏，還有大量較小的暗物質(zhì)團(tuán)被相對外層空間包圍。
如果你不知道尺度，就很難區(qū)分巨大的暗暈團(tuán)和地球大小的極微小的暗暈。" 王杰說。
這些對小質(zhì)量暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解，將使天文學(xué)家能夠利用各種工具來探測它們，如引力透鏡、動力學(xué)和伽馬暴的監(jiān)測。根據(jù)一些理論，大量暗物質(zhì)粒子將在致密的暗暈中心相互碰撞，從而湮沒產(chǎn)生伽馬輻射爆炸。
我們的結(jié)果預(yù)測，很大一部分輻射來自極小的暗暈，它們太小，無法形成恒星。"德國楓樹天體物理研究所的合伙人西蒙·懷特教授說，" 未來，伽馬射線觀測很可能捕捉到這些輻射信號，讓我們瞥見‘超級矮人’在宇宙中的‘真實外觀’。"這將幫助我們檢驗關(guān)于暗物質(zhì)性質(zhì)的假說，即暗物質(zhì)可能不是" 完全 " 黑暗。
