HYPER（HighlY Interactive ParticlE Relics） - 暗物质的新模型

HYPER（HighlYInteractiveParticlERelics）-暗物质的新模型一个研究小组--密歇根大学的RobertMcGehee和AaronPierce以及德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的GillyElor--现在提出了一个新的暗物质候选模型：HYPER，即"HighlYInteractiveParticlERelics"。在HYPER模型中，在早期宇宙中暗物质形成后的某个时候，它与正常物质的相互作用强度突然增加--这一方面使它有可能在今天被探测到，同时也可以解释暗物质的丰度。这张美国宇航局哈勃太空望远镜的图像显示了暗物质在巨大星系团Abell1689中心的分布情况，该星系团包含大约1000个星系和数万亿颗恒星。暗物质是一种不可见的物质形式，占了宇宙质量的大部分。强如哈勃望远镜也无法直接看到暗物质，天文学家通过分析引力透镜的影响来推断它的位置，即来自阿贝尔1689背后的星系的光线被星系团内的干扰物质所扭曲。研究人员利用42个背景星系的135个透镜图像的观测位置，计算出该星团中暗物质的位置和数量。他们将这些推断出的暗物质浓度的地图叠加在由哈勃高级观测相机拍摄的星团图像上，并将其染成蓝色。如果该星团的引力只来自可见星系，那么透镜扭曲就会弱得多。该地图显示，暗物质最密集的地方是在星团的核心。资料来源：NASA，ESA，D.Coe（NASA喷气推进实验室/加州理工学院和太空望远镜科学研究所），N.Benitez（西班牙安达卢西亚天体物理研究所），T.Broadhurst（西班牙巴斯克地区大学），和H.Ford（约翰霍普金斯大学）由于寻找重的暗物质粒子即所谓的WIMPS尚未获得成功，研究界正在寻找替代的暗物质粒子，特别是较轻的粒子。同时，研究人员说，人们普遍期待着暗物质的相变--毕竟，在可见范围有几个相变，但是以前的研究倾向于忽略它们。"对于一些计划中的实验所希望进入的质量范围，还没有一个一致的暗物质模型。然而，我们的HYPER模型说明，相变实际上可以帮助使暗物质更容易被探测到，"JGU的理论物理学博士后研究员Elor说。一个合适的模型所面临的挑战是，如果暗物质与正常物质的相互作用太强，那么它在早期宇宙中形成的（精确已知的）数量就会太少，与天体物理学观察结果相矛盾。然而，如果它的产生量恰到好处，那么反过来说，这种相互作用就会太弱，无法在现今的实验中探测到暗物质。McGehee说："我们的中心思想，也就是HYPER模型的基础，是相互作用突然改变一次--所以我们可以拥有两个世界中最好的东西：适量的暗物质和一个大的相互作用，这样我们就可以探测到它。"而这正是研究人员所设想的。在粒子物理学中，一种相互作用通常是由一个特定的粒子，即所谓的中介物来调解的--暗物质与正常物质的相互作用也是如此。暗物质的形成和它的探测都是通过这种中介物进行的，相互作用的强度取决于其质量。质量越大，相互作用就越弱。调解物首先必须足够重，以便形成正确数量的暗物质，然后足够轻，以便暗物质可以被探测到。解决方案。在暗物质形成后有一个相变，在此期间，媒介物的质量突然减少。"因此，一方面，暗物质的数量保持不变，另一方面，相互作用被提升或加强，以至于暗物质应该可以被直接探测到，"Pierce说。新模型HYPER几乎涵盖了计划中的实验的全部参数范围。具体来说，研究小组首先考虑了介体介导的与原子核质子和中子的相互作用的最大截面与星象观测和某些粒子物理学衰变相一致。下一步是考虑是否有一个表现出这种相互作用的暗物质模型。"在这里我们提出了相变的想法，"McGehee说。"然后我们计算了宇宙中存在的暗物质的数量，然后用我们的计算结果模拟了相变。""由于有大量的制约因素需要考虑，例如暗物质的数量不变，在这里，我们必须系统地考虑并包括非常多的情况，例如，提出这样的问题：是否真的可以确定我们的调解人不会突然导致新的暗物质的形成，当然这一定不是，"Elor说。"但最后，我们确信我们的HYPER模型是有效的。"该研究发表在《物理评论快报》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340859.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340859.htm

新研究表明暗物质可能是由暗光子构成的

新研究表明暗物质可能是由暗光子构成的从超级计算机模拟得到的宇宙网的二维投影。资料来源：EwaldPuchwein博士和Sherwood-Relics合作项目COS收集的数据表明，宇宙星系间的细丝比结构形成的标准模型的流体力学模拟预测的温度更高。"由于暗光子将能够转化为低频光子并加热宇宙结构，"科学家解释说"它们可以很好地解释实验信息。"这项研究是由SISSA研究人员与特拉维夫大学、诺丁汉大学和纽约大学的研究人员合作进行的。"暗光子是假设的新粒子，它是暗部门新力量的力的载体，就像光子是电磁力的力的载体一样。"作者詹姆斯-S-博尔顿（诺丁汉大学）、安德里亚-卡普托（欧洲核子研究中心和特拉维夫大学）、刘洪万（纽约大学）和马特奥-维尔（SISSA）解释。"然而，与光子不同，它们可以有质量。特别是，超轻的暗光子，其质量比电子的质量小20个数量级，是暗物质的一个很好的候选者。"暗光子和普通光子也有望像不同类型的中微子一样混合，让超轻暗光子暗物质转化为低频光子。这些光子将加热宇宙网，但与其他加热机制不同，基于天体物理过程，如恒星形成和银河系风，这种加热过程更加分散，在密度不大的区域也很有效。MatteoViel解释说。"通常，宇宙丝被用来探测暗物质的小规模特性，而在这种情况下，我们首次使用低红移星系间介质数据作为热量计，以检查我们所知的所有加热过程是否足以重现数据。我们发现情况并非如此：有一些东西缺失了，我们将其建模为暗光子产生的贡献。"这项工作确定了暗光子的质量和与标准模型光子的混合，以调和观测和模拟之间的差异；研究人员的努力可以推动进一步的理论和观测调查，以探索暗光子可能构成暗物质这一令人兴奋的可能性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339413.htm

最早的星系可能比以前认为的更小更亮 颠覆暗物质理论

最早的星系可能比以前认为的更小更亮颠覆暗物质理论在过去的一年半里，詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）拍摄到了宇宙大爆炸后不久形成的遥远星系的惊人图像，让科学家们第一次看到了宇宙的雏形。现在，一组天体物理学家提高了要求：找到时间起点附近最微小、最明亮的星系，否则科学家们将不得不彻底重新思考他们关于暗物质的理论。由加州大学洛杉矶分校天体物理学家领导的研究小组进行了模拟，追踪了宇宙大爆炸后小星系的形成过程，并首次将以前被忽视的气体与暗物质之间的相互作用纳入其中。他们发现，在不考虑这些相互作用的典型模拟中，所形成的星系非常微小、明亮得多，而且形成速度更快，反而显示出更暗的星系。矮星系在宇宙研究中的重要性小星系，也叫矮星系，遍布整个宇宙，通常被认为是最早的星系类型。因此，研究宇宙起源的科学家对小星系特别感兴趣。但是，他们发现的小星系并不总是和他们认为应该发现的星系一致。那些最靠近银河系的星系旋转得更快，或者密度没有模拟的那么高，这表明模型可能遗漏了一些东西，比如这些气体-暗物质的相互作用。发表在《天体物理学杂志通讯》上的这项新研究通过加入暗物质与气体的相互作用改进了模拟，并发现这些暗星系在宇宙历史的早期可能比预期的要亮得多，当时它们刚刚开始形成。作者建议科学家利用韦伯望远镜等天文望远镜寻找比预期亮得多的小星系。如果他们只找到微弱的星系，那么他们关于暗物质的一些想法可能就是错误的。斯蒂芬五重奏（Stephan'sQuintet）是由五个星系组成的视觉组合，由詹姆斯-韦伯太空望远镜提供的近千个独立图像文件合成。加州大学洛杉矶分校的天体物理学家认为，如果冷暗物质理论是正确的，韦伯望远镜应该能发现宇宙早期微小而明亮的星系。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI难以捉摸的暗物质本质暗物质是一种不与电磁或光相互作用的假想物质。因此，它无法用光学、电学或磁学进行观测。但暗物质确实与引力相互作用，人们从暗物质对普通物质--构成所有可观测宇宙的物质--的引力效应中推断出暗物质的存在。尽管宇宙中84%的物质被认为是由暗物质构成的，但它从未被直接探测到过。所有星系都被一圈巨大的暗物质光环所包围，科学家们认为暗物质对星系的形成至关重要。天体物理学家用来理解星系形成的"标准宇宙学模型"描述了宇宙早期的暗物质团块如何通过引力吸引普通物质，导致恒星的形成，并创造出我们今天看到的星系。由于大多数暗物质粒子（被称为冷暗物质）的运动速度被认为比光速慢得多，因此这一积累过程是逐渐发生的。了解星系形成的理论进展但是在130多亿年前，也就是第一批星系形成之前，由来自宇宙大爆炸的氢气和氦气组成的普通物质和暗物质在相对运动。气体以超音速流过移动速度较慢的暗物质的密集区，这些暗物质本应该把气体拉进来形成星系。"事实上，在不考虑流的模型中，这正是发生的情况，"加州大学洛杉矶分校博士生、论文第一作者克莱尔-威廉姆斯说。"气体被暗物质的引力吸引，形成密度大到可以发生氢聚变的团块和结块，从而形成像我们太阳这样的恒星。"但威廉姆斯和"超音速项目"团队的合著者（由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授斯马达尔-纳奥兹领导的一组来自美国、意大利和日本的天体物理学家组成）发现，如果他们在模拟中加入暗物质和普通物质之间不同速度的流效应，气体就会落在远离暗物质的地方，无法立即形成恒星。数百万年后，当积累的气体落回星系时，恒星的形成就会同时爆发。由于这些星系在一段时间内比普通的小星系拥有更多年轻、炽热、发光的恒星，因此它们要亮得多。威廉姆斯说："虽然流星抑制了最小星系中恒星的形成，但它也促进了矮星系中恒星的形成，使它们比宇宙中没有流星的区域更加明亮。我们预测，韦伯望远镜将能够发现宇宙中因这种速度而变得更加明亮的星系区域。事实上，它们应该如此明亮，这可能会让望远镜更容易发现这些小星系，而这些星系通常在宇宙大爆炸后3.75亿年才极难被发现。"由于暗物质是无法直接研究的，因此在早期宇宙中寻找明亮的星系斑块可以为暗物质理论提供有效的检验，而这种检验迄今为止还没有结果。"在早期宇宙中发现成片的小而明亮的星系将证实我们的冷暗物质模型是正确的，因为只有两种物质之间的速度才能产生我们正在寻找的星系类型，"霍华德和阿斯特里德-普雷斯顿天体物理学教授诺兹说。"如果暗物质的行为不像标准的冷暗物质，不存在流效应，那么这些明亮的矮星系就不会被发现，我们就需要回到绘图板上去。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423388.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423388.htm

引力透镜以前所未有的细节揭示暗物质的细微结构

引力透镜以前所未有的细节揭示暗物质的细微结构透镜系统MGJ0414+0534中的暗物质波动。蓝白色代表ALMA观测到的引力透镜图像。暗物质的计算分布以橙色显示；较亮区域表示暗物质浓度较高，暗橙色区域表示浓度较低。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),K.T.Inoueetal.新研究以前所未有的细节揭示了暗物质的分布，最小尺度为30000光年。观测到的分布波动为暗物质的性质提供了更好的约束。神秘的暗物质占宇宙物质的大部分。暗物质是不可见的，只有通过引力效应才能让人们知道它的存在。暗物质从未在实验室中被分离出来，因此研究人员必须依靠"自然实验"来研究它。引力透镜是自然实验的一种。有时，由于随机的机缘巧合，从地球上看，宇宙中距离不同的两个物体会位于同一条视线上。当这种情况发生时，前景天体周围的物质所造成的空间曲率就像透镜一样，使背景天体的光线路径发生弯曲，从而形成透镜图像。然而，在自然实验中很难达到探测质量小于星系的暗物质团块的高分辨率，因此暗物质的确切性质一直没有得到很好的证实。引力透镜系统MGJ0414+0534的概念图。与透镜星系相关的暗物质显示为淡蓝色和白色。星系际空间的暗物质用橙色表示。实线表示受引力弯曲的无线电波的实际路径。虚线表示透镜图像的明显观测位置。图片来源：NAOJ,K.T.Inoue由日本景代大学教授KaikiTaroInoue领导的日本研究小组利用ALMA（阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列）研究了金牛座方向上被称为MGJ0414+0534的引力透镜系统。在这个系统中，由于大质量星系对光线的引力作用，前景天体形成的背景天体图像不是一个，而是四个。借助弯曲效应和新的数据分析方法，研究小组能够以前所未有的高分辨率探测到暗物质沿视线分布的波动，最小尺度可达3万光年。家观测到的暗物质分布所提供的新约束条件与缓慢移动或"冷"暗物质粒子的模型是一致的。未来，研究小组计划通过更多的观测来进一步制约暗物质的性质。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397475.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397475.htm

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论宇宙的膨胀速度受到两种相互竞争的力量的影响：一种是减缓膨胀速度的引力，另一种是加速膨胀速度的暗能量。这张图显示了宇宙历史上的膨胀率，较浅的曲线表示膨胀较快，较陡的曲线表示膨胀较慢。大约75亿年前，宇宙开始加速膨胀，膨胀率发生了明显的变化。宇宙学模型普遍认为，宇宙中约27%为暗物质，普通物质不足5%，其余则为暗能量。其中，暗物质指所有似乎与光或电磁场不相互作用的物质，或只能通过引力解释的物质。人们看不到它，也不知道它由什么组成，但它有助于科学家揭示星系、行星和恒星的行为。在最新研究中，加拿大渥太华大学物理学教授拉金德拉·古普塔结合共变耦合常数理论和疲光理论得出结论称，宇宙中可能没有暗物质。其中共变耦合常数理论描述了自然力如何随着时间的推移而减弱；疲光理论则阐释了光经过“长途旅行”会损失能量。古普塔表示，他提出的新理论已经接受了测试，并被证明与一些观测结果相匹配。基于此前关于宇宙年龄为267亿年的研究，古普塔提出宇宙不需要暗物质存在的说法。“在标准宇宙学中，宇宙的加速膨胀被认为是由暗能量引起的，但实际上是由于自然力在膨胀时减弱，而不是暗能量。”古普塔说。“红移”是指光向光谱的红色部分移动。研究人员分析了文献中关于低红移时星系分布和高红移时声学视界的角大小的最新论文中的数据。古普塔说，目前已有几篇论文质疑暗物质的存在。最新论文是第一篇指出宇宙组成不需要暗物质，同时也能与某些宇宙学关键观测结果相吻合的论文。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424253.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424253.htm

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用

天文学家揭示暗物质在星系演化中的作用星系图像，左侧为恒星部分，右侧（负片）为星系光环中的暗物质。资料来源：GabrielPérezDíaz,SMM(IAC)/EAGLE团队传统上对星系演化的观测研究主要集中在普通物质的作用上，尽管普通物质只占星系质量的很小一部分。几十年来，人们一直在理论上预测暗物质对星系演化的影响。然而，尽管做了很多努力，人们对此并没有达成明确的共识。现在，由IAC团队领导的研究首次通过观测证实了暗物质对星系演化的影响。暗物质对星系的影响显而易见，因为我们可以测量它，但暗物质对星系演化的影响是有人提出过的，尽管我们没有观测研究它的技术。为了研究暗物质的影响，研究小组集中研究了星系中恒星的质量与从其旋转中可以推断出的质量（称为总动力质量）之间的差异。研究结果表明，恒星的年龄、金属含量、形态、角动量和形成速度不仅取决于这些恒星的质量，还取决于总质量，这就意味着要把暗物质成分包括在内，而暗物质成分符合对光环质量的估计。"我们看到，在恒星质量相等的星系中，恒星群的表现会因星系光环中暗物质的多寡而不同，换句话说，星系从形成到现在的演化过程会因星系所处的光环而改变。"文章合著者之一、IAC研究员伊格纳西奥-马丁-纳瓦罗（IgnacioMartínNavarro）补充说："如果星系所处的光环质量较大或较小，那么星系随时间的演化就会不同，这将反映在星系所含恒星的性质上。"今后，研究小组计划对距离银河系中心不同距离的恒星群进行测量，并证明恒星的特性对暗物质晕的依赖是否在所有半径范围内都保持不变。研究的下一步将是研究暗物质晕与宇宙大尺度结构之间的关系。这些暗物质光环并不是单独产生的，它们由细丝连接起来，构成了大尺度结构的一部分，被称为'宇宙网'。光环的质量似乎改变了星系的属性，但这可能是每个光环在宇宙网中所处位置的结果。在未来几年里，希望能够看到这种大尺度结构在我们所研究的范围内产生的影响。这项研究是基于卡拉阿托遗留整体场区（CALIFA）的260个星系进行的，卡拉阿托遗留整体场区是一个国际项目，在文章的另一位合著者赫苏斯-法尔孔-巴罗佐（JesúsFalcónBarroso）的协调下，IAC积极参与了该项目。他说："这项调查提供了光谱信息和前所未有的星系空间覆盖范围。我们对这些星系进行了高分辨率观测，获得了它们运动特性的详细测量数据，这使我们能够非常精确地研究恒星的运动，从而推断出星系的总质量。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425314.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425314.htm