暗物质是暖的、冷的还是“毛茸茸的”?新的模拟提供了有趣的见解。

早期星系形成的模拟

在三种暗物质情况下的早期星系形成的模拟。在一个充满冷暗物质的宇宙中,早期的星系首先会形成明亮的晕(最左边)。如果暗物质是温暖的,星系将首先以长尾状的丝状体(中间)形成。模糊的暗物质也会产生类似的丝状物质,虽然像竖琴的弦一样有条纹(最右边)。图片由研究人员提供

科学家们在一个由超轻或“模糊”的暗物质组成的宇宙中模拟早期星系的形成,暗物质既不冷也不热。

暗物质很可能是用于酿造宇宙中第一个星系的起始成分。不久之后大爆炸在美国,暗物质的粒子会聚集在一起形成引力“晕”,将周围的气体吸入它们的核心,随着时间的推移,这些气体冷却并凝结成第一个星系。

尽管暗物质被认为是宇宙结构的支柱,但科学家们对其本质知之甚少,因为迄今为止,这些粒子一直未能被探测到。

现在科学家们麻省理工学院,普林斯顿大学而剑桥大学发现,早期宇宙和第一个星系,根据暗物质的性质,看起来很有不同。这是第一次模拟了早期的星系形成,如果暗物质是“模糊的”而不是冷或温暖的话。

在最广泛接受的场景中,暗物质很冷,由缓慢移动的粒子组成,除了引力效应,没有与普通物质的相互作用。温暖的暗物质被认为是略微打火和更快的冷暗物质。和模糊的暗物质,一个相对较新的概念,是完全不同的,由超轻粒子组成,每个大约1秒钟(10-27)电子的质量(冷暗质子颗粒远重 - 约105比电子质量大几倍)。

在他们的模拟中,研究人员发现,如果暗物质很冷,那么早期宇宙中的星系将形成在几乎球形的光环中。但如果暗物质的本质是模糊或温暖的,早期宇宙就会看起来非常不同,星系在延长,尾部丝绸之齿中形成了星系。在一个模糊的宇宙中,这些长丝会出现横向,如竖琴上的星光灯。

随着新望远镜上网,能够进一步回到早期宇宙中,科学家可能能够从星系形成的模式中推断,无论是暗物质的本质,今天是否占问题的近85%宇宙,是模糊的,而不是冷或温暖。

麻省理工学院天体物理学和空间研究卡弗里研究所的物理学副教授Mark Vogelsberger说:“早期宇宙中的第一个星系可能说明了我们今天拥有的暗物质的类型。”“要么我们看到这种灯丝模式,模糊的暗物质是可信的,要么我们没有,我们可以排除这种模式。我们现在有了如何做到这一点的蓝图。”

Vogelsberger是今天出现的纸张的共同作者物理评论信,与该论文的第一作者、普林斯顿大学的菲利普·莫克(Philip Mocz)和剑桥大学(Cambridge University)的阿纳斯塔西娅·菲阿尔科夫(Anastasia Fialkov)一起研究的,菲阿尔科夫之前是苏塞克斯大学(University of Sussex)的学生。

模糊波

虽然暗物质尚未被直接检测到,但描述了像寒冷一样的假设已经成功地描述了描述可观察宇宙的大规模结构。结果,Galaxy形成的模型基于暗物质冷的假设。

“问题是,vogelsberger指出了对冷暗暗物质的观察和预测之间存在一些差异。“例如,如果你看看非常小的星系,这些星系内的暗物质的推断分布并不完全同意理论模型预测。所以那里有紧张局势。“

那么,让我们来看看关于暗物质的其他理论,包括研究人员近年来提出的温暖和模糊的理论。

“暗物质的本质仍然是一个谜,”Fialkov说。“模糊暗物质是由基础物理学(例如弦理论)驱动的,因此是一个有趣的暗物质候选者。”宇宙结构是验证或排除暗物质模型的关键。”

模糊的暗物质由颗粒组成,使它们以量子,波状时尚而行动,而不是单独的颗粒。这种量子,模糊性质Mocz说,可以产生早期的星系,这些星系看起来完全不同于对冷暗物质的标准模型预测。

“即使在晚期宇宙中,这些不同的暗物质场景可能预示着星系的相似形状,第一个星系将会有显著的不同,这将给我们提供关于暗物质是什么的线索,”Mocz说。

看到不同的感冒和早期宇宙模糊,研究人员模拟小,早期宇宙立方的空间,测量约300万光年,跑的时候看到暗物质星系形成给定的三个场景:冷,温暖和模糊。

研究小组在每次模拟开始时都假设暗物质的某种分布,科学家们基于对宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸40万年后探测到的“遗迹辐射”)的测量得出了一些想法。

“暗物质没有恒定的密度,即使在早期的时间,”Vogelsberger说。“在恒定密度场的顶部存在微小的扰动。”

研究人员能够使用现有的算法来模拟暗物质冷热两种情况下星系的形成。但为了模拟具有量子特性的模糊暗物质,他们需要一种新的方法。

一张竖琴琴弦的地图

研究人员修改了它们对冷暗物质的模拟,使其能够解决两个额外的方程,以模拟模糊暗物质宇宙中的星系形成。The first, Schrödinger’s equation, describes how a quantum particle acts as a wave, while the second, Poisson’s equation, describes how that wave generates a density field, or distribution of dark matter, and how that distribution leads to gravity — the force that eventually pulls in matter to form galaxies. They then coupled this simulation to a model that describes the behavior of gas in the universe, and the way it condenses into galaxies in response to gravitational effects.

在所有三种场景中,无论在哪里都有过密度,或大浓度的重力倒塌的暗物质。然而,这种暗物质的模式是不同的,这取决于它是否是冷,温暖或模糊的。

在寒冷的暗物质的场景中,在球形晕圈中形成的星系以及较小的Subhalos。温暖的暗质物质在尾状长丝中产生了第一个星系,没有次麦。这可能是由于温暖的暗物质的更轻,更快的性质,使粒子不太可能粘在较小的次麦块丛中。

与温暖的暗物质类似,模糊的暗物质沿着细丝形成恒星。但随后量子波效应开始塑造星系,形成了更多的条纹细丝,就像看不见的竖琴上的弦。Vogelsberger说,这种条纹图案是由于两波重叠时产生的干涉效应。当这种情况发生时,例如在光波中,每一波的波峰和波谷对齐的点会形成较暗的点,形成亮区和暗区交替的图案。

在模糊暗物质的情况下,不是亮点和暗点,而是产生一种密度过高和密度过低的交替模式的暗物质。

Vogelsberger解释说:“在这些密度过高的地方,你会受到很大的引力吸引,气体也会随之产生,在某一时刻,它们会沿着密度过高的地方形成星系,而不是沿着密度过低的地方。”“这幅图在整个宇宙早期都被复制了。”

该研究小组正在对早期星系在由模糊暗物质主导的宇宙中可能是什么样子进行更详细的预测。他们的目标是为未来的望远镜提供一张地图,比如詹姆斯韦伯太空望远镜,它或许能够观测到足够久远的过去,发现最早的星系。如果他们能看到像Mocz、Fialkov、Vogelsberger和他们的同事所模拟的那样的丝状星系,这可能是暗物质性质模糊的第一个迹象。

“这是这个观察力测试,我们可以根据早期宇宙的观察,为暗物质的性质提供,这将在未来几年内变得可行,”Vogelsberger说。

这项研究部分是由美国宇航局

有关这项研究的更多信息,请阅读新的“模糊”暗物质模拟扰乱了宇宙化妆的传统思考

参考:《模糊宇宙丝中的第一个恒星形成结构》作者:Philip Mocz, Anastasia Fialkov, Mark Vogelsberger, Fernando Becerra, Mustafa A. Amin, Sownak Bose, Michael Boylan-Kolchin, Pierre-Henri Chavanis, Lars Hernquist, Lachlan Lancaster, Federico Marinacci, Victor H. Robles和Jesús Zavala, 2019年10月2日,物理评论信
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.123.141301

7点评论“暗物质是温暖的,冷的或'模糊'?新模拟提供了有趣的见解。”

  1. 暗物质是“模糊的”。模糊暗物质的量子、波状行为是德布罗意的“次量子介质”。

    普通物质的颗粒通过并置换模糊的暗物质,导致它波。波粒子二元度是移动粒子*和*其相关波在模糊的暗物质中。

    在一个双层实验中,波浪的模糊暗物质。在双缝实验中,颗粒总是通过单个狭缝行进,并且模糊暗物质中的相关波通过两者。当波路离开狭缝时,它产生波浪干扰,其改变粒子的方向行进的方向,因为它离开单个狭缝。随着时间的推移,粒子形成干涉图案。强烈地检测颗粒退出单个狭缝破坏颗粒与其相关波之间的内聚力,颗粒在其行进的轨迹上继续,并且不形成干涉图案。

    在双缝实验中,当星系团碰撞和波动时,模糊的暗物质会波动,这使得广义相对论与量子力学兼容。

    与暗物质相关的“缺失质量”是与银河系移位的模糊暗物质的质量,其邻近的星系。

    • 雅达雅达雅达。请列举一个可验证的科学实验来支持你的上述猜测,或者更好的,你为什么不设计一个科学实验来推翻你的猜测,并让我们知道那是什么。顺便说一句,这叫科学。

  2. 没错,做一堆假设,把这些假设输入到计算机模拟中,然后“修改”它,直到它能模拟你的假设。这次得打电话给b队。

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  5. 一堆假人。“暗物质”,愚蠢的书呆子名字BTW。只是通过尺寸边界的群众流血。物质规则全部。假人。

  6. 自第一次吸收开始以来暗物质循环。有银河系和太阳能循环。暗物质和辐射物质之间的速率和方向差异导致等离子体物理和电磁场。

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