暗物质地图中的宇宙奥秘

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新闻发布具体时间:2021-08-19 01:22 Thursday
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  不久前,国际暗能量调查(DES)项目团队的科学家利用弱引力透镜工具,分析了约1亿个星系的形状和光的图像,绘制出一份覆盖南半球1/4天空的地图。这是迄今为止用这一方法获得的最大的暗物质地图,可以帮助人们对这一看不见的神秘物质“按图索骥”。

  在广袤的宇宙中,我们熟知的普通物质仅占宇宙物质的15%,其余85%都是神秘莫测的暗物质。上世纪40年代,科学家在大量奇特宇宙现象的基础上大胆猜想,提出了宇宙中可能暗藏有大量“看不见”、却能通过引力作用被感知的暗物质。经过多年探测和研究,人们已较为准确地估算出了暗物质的总量和占比,知道它在宇宙中无处不在。在宇宙大尺度上刻画出暗物质地图,可以进一步帮助人们探究其分布以及形成的结构。

  暗物质之所以“暗”,是因为其既不发出任何波段的光,也不和任何波段的光发生作用,用任何探测器或望远镜都无法直接观察到。那如何知晓其存在?目前,只能通过引力产生的效应,比如“引力透镜”效应——物质的引力会导致穿过其附近的光线弯曲。这次DES团队的绘图工作就基于这一原理。由于地图中这些暗物质的存在,导致背景星系发射的光在到达望远镜之前被偏折,从而使观测到的背景星系产生形状变化。通过探测这些形变,就可以描绘出暗物质的多少及其分布。

  此前的类似测量显示,宇宙中暗物质大都在其形成的结构体——“暗晕”中。为了使更大尺度上暗物质分布的图像更为清晰,DES团队在6年时间里,利用位于智利的超敏感探测相机在南半球的天空采集数据,得到了目前最大的测光样本。在公布的地图照片中,不同亮度展示的是总的物质密度,亮度大意味着密度高,反之则密度低。我们可以看到宇宙中不同类型的大尺度结构,非常高密度的星系群及星系团,密度非常低的宇宙空洞区,还有一些丝状结构。利用这些物质分布,人们可以更全面地认识宇宙的构成,研究宇宙的演化历史。

  利用这些暗物质分布,人们还可以对宇宙学模型参数和物理学理论给出更好的限制。实际上,得益于现代星系巡天对宇宙中的物质分布更加细致的刻画,对不同的引力模型给出限制一直是近年来的热点问题。相关科学报道称,此次绘图过程中科研人员就证实了宇宙的暗能量密度为常数,为当前标准宇宙学模型提供了强有力的支持。此外还观测到宇宙要比预期的更平滑些,如果更多更好的观测之间能相互证实,那么人们对于引力理论的认识可能会有所更新,并可能对暗能量的本质属性有新认知。

  目前暗物质的存在还是一种假设,但它可以解释绝大部分观测事实,基于这一假设前提下的结构形成理论也能解释大部分星系观测数据。不过,人们对于暗物质的本质属性,比如基于何种基本粒子、质量为多少等依然未知。未来,需要更先进的望远镜对宇宙展开更深入的探测,并对可能存在的暗物质粒子进行进一步的侦测,从而为这些问题提供可靠答案。

  尚凯元

[ 责编:马亨飞(实习生) ]

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