紧缩暗物质–等同于能够在月球表面看到跳蚤

投影暗物质密度图，该图是使用模拟测量得出的，每侧测量24亿光年。内插正方形（左下角）是模拟中最深的缩放：它只有783光年，相当于太阳系大小的500倍。在插图方块中，最小的清晰可见的暗物质光环的质量与地球的质量相当（太阳的质量为0.000003）。

宇宙学家已经放大了虚拟宇宙中最小的暗物质团块，这可以帮助我们找到太空中的真实事物。

一个国际研究人员团队，包括英国达勒姆大学在内，在欧洲和中国使用超级计算机来研究计算机生成的宇宙的典型区域。

他们能够实现的缩放效果等同于能够在月球表面看到跳蚤。

这样一来，他们就可以对从最大到最小的数百个虚拟暗物质团块（或光环）进行详细的图片和分析。

暗物质粒子会与晕球中心附近的暗物质反粒子发生碰撞，根据一些理论，暗物质反粒子会转换为高能伽马射线辐射。

他们的发现发表在著名的《自然》杂志上，可能意味着这些很小的光环可以在未来的观测中通过它们所发出的辐射来识别。

艺术家对宇宙中各种质量的暗物质光环的印象。

英国达勒姆大学计算宇宙学研究所的Ogden基础物理学教授卡洛斯·弗兰克（Carlos Frenk）的合著者说：“通过放大这些相对较小的暗物质光环，我们可以计算出预期来自不同尺寸光环的辐射量。

“大部分的辐射将由暗物质光环发出，而暗物质光环太小而无法容纳恒星，未来的伽玛射线观测站可能能够探测到这些辐射，从而使这些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。”

宇宙中的大多数物质都是黑暗的（除了在特殊情况下它们发射的伽马射线外），并且在本质上与构成恒星，行星和人的物质完全不同。

宇宙由大约27％的暗物质组成，其余大部分由同样神秘的暗能量组成。诸如行星和恒星之类的正常物质仅占宇宙的5％。

当气体在巨大的这种暗物质团块（所谓的暗物质晕圈）的中心冷却并凝结时，星系就会形成并成长。

天文学家可以从星系及其内部气体的性质推断出大型暗物质光环的结构。

最大的光环包含数百个明亮的星系的巨大集合，这些星系被称为星系团，比我们的太阳重1000万亿倍。

投影暗物质密度图，该图是使用模拟测量得出的，每侧测量24亿光年。.中间的正方形（右上）的距离不到一百万光年。最小的正方形（左下角）是最深的变焦：它只有783光年，相当于太阳系大小的500倍。在中间的正方形（右上角），最大的暗物质光环的质量类似于丰富的星系团的质量（百万分之一倍于太阳的质量）。在最小的正方形（右下角）中，最小的清晰可见光环具有与地球相当的质量（太阳质量为0.000003）。

但是，科学家们没有直接的信息，它们太小而无法容纳星系，因此它们没有暗物质光环。这些只能通过在大型超级计算机中模拟宇宙的演化来研究。

根据最新的关于暗物质的流行科学理论，最小的被认为与地球具有相同的质量。

这些模拟是使用Cosmology Machine超级计算机和中国科学院的计算机完成的，该计算机是达勒姆DiRAC高性能计算设备的一部分，该设备由科学技术委员会（STFC）资助。

通过以这种微观细节放大虚拟宇宙，研究人员能够研究质量从地球到大型星系团的暗物质光环的结构。

令人惊讶的是，他们发现各种大小的光环都具有非常相似的内部结构，并且在中央极为密集，逐渐散布开来，在其外部区域绕行着较小的团块。

研究人员说，如果没有测量尺度，几乎不可能从一个质量只有太阳的光晕之一中分辨出一个巨大星系的暗物质光晕的图像。

德国马克斯·普朗克天体物理学研究所的合著者西蒙·怀特教授说：“我们期望小的暗物质光环会非常多，包含宇宙中所有暗物质的很大一部分，但是在整个宇宙历史中它们将大部分保持黑暗，因为恒星和星系仅在光环中生长超过百万倍的质量作为太阳。

“当我们寻求更多了解暗物质及其在宇宙演化中的作用时，我们的研究揭示了这些小光环。”

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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

由中国科学院国家天文台领导的研究小组，包括英国达勒姆大学，德国马克斯·普朗克天体物理研究所和美国哈佛大学天体物理中心，花费了五年的时间进行开发，测试。并进行他们的宇宙变焦。

这项研究由STFC，欧洲研究理事会，中国科学院，马克斯·普朗克学会和哈佛大学资助。