新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论

新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论一个由160多名天文学家组成的国际团队利用阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT），对占宇宙全部质量约85%的无形暗物质进行了新的揭示。这项具有里程碑意义的研究证实了爱因斯坦关于引力和宇宙学的理论，再次确认了物理学标准模型的有效性。在ACT天文台于2022年底退役之前，研究人员通过再次观察宇宙微波背景（CMB）收集了足够的数据用于研究。CMB是一种弥漫性辐射，充满了整个可观测的宇宙，传统上被认为是宇宙的第一个电磁哀号，起源于宇宙只有38万年的时候。天文学家追踪了宇宙中大型结构的引力--包括暗物质--是如何在到达地球的140亿年里扭曲CMB辐射的，就像放大镜弯曲通过镜头的光线一样。根据这些观测结果制作的新的详细地图显示，宇宙的"块状"和膨胀率与基于爱因斯坦引力理论的宇宙学标准模型一致。剑桥大学宇宙学教授BlakeSherwin说，新地图为正在进行的辩论提供了新的见解，有人称之为"宇宙学的危机"。这里的"危机"源于最近通过使用星系中恒星发出的背景光而不是仅仅使用CMB化石辐射进行的测量。这些结果似乎表明，暗物质不够"结实"，无法将宇宙捆绑在一起，使得宇宙学的标准模型本质上是"破碎的"，或者至少是不完整的。相反，用ACT观测站制作的新地图与源于标准模型的预测"很一致"。目前，不再需要编造新的物理定律来"修复"我们关于自然界如何运作的知识。普林斯顿大学物理学教授、ACT主任苏珊娜-斯塔格斯（SuzanneStaggs）说，"CMB透镜数据在追踪外面的东西的总和的能力方面，可以与更传统的对星系可见光的调查相媲美。综合来看，CMB透镜和最好的光学测量正在阐明"宇宙中所有质量的演变"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354667.htm

隐藏的宇宙主干：ALMA揭示暗物质在3万光年尺度上的精细指纹

隐藏的宇宙主干：ALMA揭示暗物质在3万光年尺度上的精细指纹神代大学（日本大阪）的井上海纪太郎教授领导的研究小组利用位于智利共和国的世界上最强大的射电干涉仪--阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列（ALMA），发现了宇宙中暗物质分布的波动，其尺度小于大质量星系。这是首次在3万光年的尺度上探测到远宇宙中暗物质的空间波动。这一结果表明，即使在比大质量星系更小的尺度上，冷暗物质也会存在，这也是朝着了解暗物质真正性质迈出的重要一步。文章将发表在《天体物理学报》上。暗物质波动透镜系统MGJ0414+0534探测到的暗物质波动。较亮的橙色表示暗物质密度较高的区域，较暗的橙色表示暗物质密度较低的区域。白色和蓝色代表ALMA观测到的引力透镜天体。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),K.T.Inoueetal.暗物质是一种不可见的物质，占宇宙质量的很大一部分，被认为在恒星和星系等结构的形成过程中发挥了重要作用。由于暗物质不是均匀地分布在空间中，而是呈团块状分布，它的引力会轻微改变来自遥远光源的光（包括无线电波）的路径。对这种效应（引力透镜）的观测表明，暗物质与相对大质量的星系和星系团有关，但它在较小尺度上的分布情况尚不清楚。研究小组决定利用ALMA观测一个距离地球110亿光年的天体。这个天体是一颗透镜类星体MGJ0414+0534[4]（以下简称"这颗类星体"）。由于前景星系的引力透镜效应，这个类星体看起来是四重图像。然而，这些表观图像的位置和形状都偏离了仅仅根据前景星系的引力透镜效应计算得出的结果，这表明在比大质量星系更小的尺度上暗物质分布的引力透镜效应在起作用。引力透镜系统MGJ0414+0534的概念图。图像中心的物体表示透镜星系。橙色表示星系际空间中的暗物质，淡黄色表示透镜星系中的暗物质。图片来源：NAOJ,K.T.Inoue研究发现，即使在远低于宇宙尺度（数百亿光年）的约3万光年尺度上，暗物质密度也存在空间波动。这一结果与冷暗物质的理论预言一致，即暗物质团块不仅存在于星系内部（图2中的淡黄色），也存在于星系际空间（图2中的橙色）。这项研究中发现的暗物质团块所产生的引力透镜效应非常小，以至于很难单独探测到它们。然而，由于前景星系引起的引力透镜效应和ALMA的高分辨率，我们首次探测到了这种效应。因此，这项研究是验证暗物质理论和阐明其真实性质的重要一步。这项研究发表在K.T.Inoue等人在《天体物理学报》上发表的论文"ALMAMeasurementof10kpc-scaleLensingPowerSpectratowardtheLensedQuasarMGJ0414+0534"中。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396561.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396561.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

新研究表明暗物质以非局部方式与引力相互作用

新研究表明暗物质以非局部方式与引力相互作用来自SISSA的一项新研究表明，暗物质以一种非局部的方式与引力相互作用，这对传统理论提出了挑战，并为暗物质的本质提供了新的视角。研究人员利用分数微积分发现，这种非局部相互作用能更准确地描述恒星的运动，尤其是在小尺寸星系中。局部性原理指出，一个物体只受其周围环境的直接影响：遥远的物体无法即时交流，只有此时此地的物体才是最重要的。然而，在上个世纪，随着量子力学的诞生和发展，物理学家发现非局部现象不仅存在，而且是理解现实本质的基础。现在，SISSA-ScuolaInternazionaleSuperiorediStudiAvanzati最近在《天体物理学杂志》上发表的一项新研究表明，暗物质--宇宙中最神秘的成分之一--以一种非局部的方式与引力相互作用。据论文作者、博士生弗朗切斯科-贝内蒂（FrancescoBenetti）和乔瓦尼-甘多尔菲（GiovanniGandolfi）以及他们的导师安德烈亚-拉皮（AndreaLapi）说，这一发现可以为至今仍不清楚的暗物质性质提供一个全新的视角。暗物质是大自然的基本组成部分：它是我们今天在宇宙中观察到的结构形成的原因，并围绕着星系中的发光物质，促成了我们在天空中看到的恒星的运动。然而，暗物质的性质，尤其是它与较小星系中引力的相互作用，仍然是个谜。"近几十年来，科学界为了解这些神秘现象做出了巨大努力，但仍有许多问题没有答案。要探索暗物质的本质及其与引力的相互作用，可能需要一种新的方法，"这项研究的作者解释说。来自SISSA的新研究正是探索了这条引人入胜的道路。研究提出了星系暗物质与引力之间非局部相互作用的新模型："作者说："就好像宇宙中的所有物质都在告诉星系中的暗物质如何运动。为了模拟这种非局部性，我们使用了分数微积分，这是一种数学工具，最早开发于17世纪，最近被应用于物理学的各个领域。这种微积分的威力以前从未在天体物理学中测试过。作者解释说："我们想知道分数微积分能否成为理解暗物质的神秘本质及其与引力相互作用的关键，令人惊讶的是，对数千个不同类型星系的实验结果表明，与标准引力理论相比，新模型能更准确地描述恒星的运动。"作者解释说："这种非局部性似乎是暗物质粒子在一个封闭系统中的集体行为，在小尺寸星系中尤为明显。对这一现象的透彻理解可能会让我们更接近暗物质的真实面目。然而，还有许多问题有待解答。非位置性是如何精确出现的？在星系团等更大的结构中，或者在引力透镜现象中，它的影响是什么？"此外，考虑到这种新机制，有必要重新考虑宇宙学的标准模型。"我们将开展进一步的研究，探索所有这些影响以及更多的影响。我们不会惊讶地发现，关于宇宙的其他未决问题也可以通过新提出的非局域性得到解决。"在理解暗物质的性质方面取得的进展是朝着更好地了解我们的宇宙迈出的重要一步。正在进行的研究不断提供新的视角，使我们更接近于全面了解我们周围的现象。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380791.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380791.htm

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量第一作者、日本千叶大学埃及国家天文和地球物理研究所研究员穆罕默德-阿卜杜拉博士解释说："宇宙学家认为，总物质中只有约20%是由常规物质或'重子'物质构成的，其中包括恒星、星系、原子和生命。"大约80%是由暗物质构成的，暗物质的神秘性质尚不清楚，但可能由一些尚未发现的亚原子粒子组成。(见图）。""研究小组使用了一种行之有效的技术来确定宇宙中的物质总量，即把观测到的单位体积内星系团的数量和质量与数值模拟的预测结果进行比较，"合著者、阿卜杜拉的前研究生导师、加州大学默塞德分校物理学教授兼研究、创新和经济发展副校长吉莉安-威尔逊（GillianWilson）说。"目前观测到的星团数量，也就是所谓的'星团丰度'，对宇宙学条件，尤其是物质总量非常敏感"。图1.就像"金发姑娘"一样，研究小组将测量到的星系团数量与数值模拟的预测进行比较，以确定哪个答案"恰到好处"。资料来源：穆罕默德-阿卜杜拉（埃及国家天文和地球物理研究所/日本千叶大学）弗吉尼亚大学的阿纳托利-克莱平（AnatolyKlypin）说："宇宙中总物质的比例越高，就会形成越多的星团。但要精确测量任何星系团的质量都很困难，因为大部分物质都是暗物质，我们无法用望远镜直接看到。"为了克服这一困难，研究小组不得不使用一种间接的星系团质量追踪器。他们所依赖的事实是，质量较大的星团比质量较小的星团包含更多的星系（质量富集度关系：MRR）。由于星系由发光的恒星组成，因此可以利用每个星团中星系的数量来间接确定其总质量。通过测量斯隆数字巡天观测样本中每个星团的星系数量，研究小组能够估算出每个星团的总质量。然后，他们将观测到的单位体积星系团的数量和质量与数值模拟的预测值进行了比较。观测结果与模拟结果的最佳拟合值是宇宙由31%的总物质组成，这一数值与普朗克卫星的宇宙微波背景（CMB）观测结果非常吻合。值得注意的是，CMB是一种完全独立的技术。验证与技术千叶大学的石山智明（TomoakiIshiyama）说："我们首次利用MRR成功地测量了物质密度，这与普朗克团队利用CMB方法获得的结果非常吻合。这项工作进一步证明，星团丰度是约束宇宙学参数的一项有竞争力的技术，也是对CMB各向异性、重子声振荡、Ia型超新星或引力透镜等非星团技术的补充。"研究小组认为，他们的成果是首次成功利用光谱学（将辐射分离成各个波段或颜色的光谱的技术）来精确确定每个星团的距离，以及与星团有引力约束的真正成员星系，而不是视线沿线的背景或前景干扰者。以前尝试使用MRR技术的研究则依赖于粗糙得多和精确度较低的成像技术，例如使用在某些波长下拍摄的天空照片，来确定每个星团和附近真正成员星系的距离。结论和未来应用这篇发表在9月13日《天体物理学报》上的论文不仅证明了MRR技术是确定宇宙学参数的强大工具，而且还解释了如何将它应用于大型、宽视场和深视场成像以及光谱星系巡天（如斯巴鲁望远镜、暗能量巡天、暗能量光谱仪、欧几里得望远镜、eROSITA望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜等进行的巡天）所获得的新数据集。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385143.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385143.htm

暗光子暗物质的突破：开拓性的低温探测技术

暗光子暗物质的突破：开拓性的低温探测技术虽然没有检测到明显的信号，但实验中采用的严格限制为调查暗物质提供了可能性。这项研究还可能进一步推动5G和6G等先进电信技术的发展。用低温毫米波接收器搜索暗光子暗物质。资料来源：京都大学全球通讯社/足立俊介将圣经中的歌利亚击倒的方法可能不止一种，但大卫选择用弹弓的小石头进行攻击。本着同样的精神，科学家们不是通过直接观察，而是通过记录其对可见物质的引力影响来接近暗物质的奥秘--它构成了宇宙的四分之一。京都大学的一个研究小组现在已经建立了一种检查0.1毫电子伏特左右的超轻暗物质的实验方法，应用了一种低温条件下的毫米波传感技术，其特点是热噪声低。领衔作者ShunsukeAdachi说："我们通过使用以前在这个领域没有测试过的新技术，实现了暗光子暗物质--或DPDM--的未探索的质量范围的实验参数。"难以捉摸的单个暗物质粒子的质量被认为比质子的质量还要重。Adachi团队对超低质量暗物质的搜索解决了极富挑战性的探测问题，而这一问题在过去三十多年里一直困扰着科学家。Adachi补充说："我们对毫米波技术的研究可能会进一步推动先进电信的发展，如5G和6G。"一个专用的毫米波接收器被冷却到-270℃，以抑制热噪声，以适应弱的转换光子。这个低温接收器被用来搜索质量范围约为0.1meV的DPDMs。Adachi认为，尽管他的团队在这个数据集中没有发现任何重要的信号，但通过在前所未有的严格约束下进行实验--比宇宙学约束更严格--他们为调查暗物质开辟了可能性。普通光子在理论上是利用金属板表面从暗光子中转换出来的。由于能量守恒，这些转换光子与暗光子的质量相对应。例如，10-300GHz的转换光子频率对应于0.05-1meV的暗光子质量。"我们很高兴，我们的小团队能够从我们的高灵敏度实验中获得重要的结果，用于探测未曾探索过的质量范围内的DPDM，"Adachi总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353667.htm