揭示了大大小小的暗物质光环的结构

时间：2021-10-15 10:52:05 来源：

该图像显示了通过主模拟的一个切片，该切片的一侧超过20亿光年。这两个插图是连续放大到70万个区域，然后在一侧仅600光年的区域。主图像中最大的个体肿块对应于星系团，而第二个缩放中的最小个体肿块在质量上与地球相似。

宇宙中的大多数物质都是黑暗的，因此无法直接观察到。在刚刚发表在《自然》杂志上的研究结果中，一个国际研究团队利用中国和欧洲的超级计算机以前所未有的完全因子放大了虚拟宇宙的典型区域，这相当于识别满月表面跳蚤所需的因子。。这样一来，团队就可以对数百种虚拟暗物质光环进行详尽的拍摄，从我们的宇宙中预期的最大到最小。

暗物质在宇宙演化中起着重要作用。随着气体冷却并凝结在巨大的暗物质团块（所谓的暗物质光环）的中心，星系不断增长。由于自身暗物质的引力，光晕本身与宇宙的整体膨胀分离。天文学家可以从星系和其中的气体的性质推断大暗物质光环的结构，但是他们没有关于可能太小而无法容纳星系的光晕的信息。

当今宇宙中最大的暗物质光环包含巨大的星系团，数百个明亮的星系集合。它们的特性已经过充分研究，它们的重量是太阳的四分之一（1015）倍。另一方面，最小暗物质晕的质量是未知的。新型超级计算机缩放所依据的暗物质理论表明，暗物质的质量可能与地球相似。如此小的光晕将非常多，包含宇宙中所有暗物质的很大一部分，但在整个宇宙历史中它们将保持黑暗，因为恒星和星系仅在光晕中生长，其质量至少比太阳大一百万倍。

这个位于中国，德国，英国和美国的研究团队用了五年的时间开发，测试并执行了他们的宇宙变焦。它使他们能够研究介于地球质量和大型星系团之间的所有质量暗物质晕的结构。数量：缩放的质量范围是10到30的幂（即1后跟30个零），它等于太阳中的千克数。

与检测小晕产生的辐射的相关性

令人惊讶的是，天体物理学家发现所有光环都具有非常相似的内部结构：它们在中央非常密集，向外逐渐散开，较小的团块在其外部区域绕轨道运行。没有比例尺，几乎不可能从一个小于太阳质量的光晕中分辨出一个大型星系的暗物质光晕的图像。Max-Planck天体物理研究所的西蒙·怀特（Simon White）说：“我们对我们的结果感到非常惊讶。”“每个人都猜到，最小的暗物质团块看起来与我们更熟悉的大团块完全不同。但是，当我们最终能够计算出它们的属性时，它们看起来是一样的。”

结果具有潜在的实际应用。根据某些理论，暗物质的粒子会在光晕的中心附近碰撞，并且可能会在高能（γ）辐射的爆发中歼灭。新的缩放模拟功能使科学家能够计算不同质量的光晕的预期辐射量。大部分辐射可能来自暗物质晕，晕太小而无法容纳恒星。未来的伽马射线观测站可能能够检测到这种发射，从而使小物体既不可见也不可见。这将证实暗物质的假设性质，毕竟暗物质可能并不完全是暗的！

有关此研究的更多信息：

放大暗物质光晕放大暗物质

参考：J. Wang，S。Bose，CS Frenk，L。Gao，A。Jenkins，V。Springel和SDM White，“自然物质在20个数量级的质量范围内的普遍结构”，自然，2020年9月2日，自然。 DOI：
10.1038 / s41586-020-2642-9

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