天文学家从“宇宙最早的时刻”测量暗物质
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120 亿年前被暗物质扭曲的大爆炸辐射残留物的艺术家插图 。
暗物质是我们目前宇宙科学中最大的未解之谜之一 。 暗物质是什么？暗物质到底在哪里？
虽然 ， 我们能推测到暗物质在哪里 。
宇宙中的所有星系、包括银河系旋转得如此之快 ， 以至于我们在物理上预测宇宙的一切都应该像离弦的旋转木马上一样向外抛 。 但显然 ， 这并没有发生 。 你、我、太阳和地球都安全地锚定了 。 因此 ， 科学家们推测 ， 某种东西——可能形状像一个光环——必须围绕着星系来保护它们免于分崩离析 。
任何构成这些边界的东西都称为暗物质 。 我们看不到 ， 感觉不到 ， 甚至不知道是不是一回事 。 这是难以捉摸的缩影 。 我们只知道暗物质的存在 。
尽管我们无法查看或触摸材料本身 ， 但专家们有一些有趣的方法来确定它对我们宇宙的影响 。 毕竟 ， 我们首先通过注意它如何将星系聚集在一起来推断暗物质的存在 。
科学家们利用了这一原理 ， 在周一宣布了关于暗物质的非凡新发现 。 借助一个由扭曲空间、大爆炸留下的宇宙残余物和强大的天文仪器组成的工具包 ， 他们探测到了一个由以前未研究过的暗物质晕圈组成的深空区域——每个暗物质晕圈都位于一个古老的星系周围 ， 尽职尽责地保护它免于过着快乐的生活- 旋转的噩梦 。
根据发表在《物理评论快报》上的一项关于这一发现的研究 ， 这些漩涡可以追溯到120 亿年前 ， 即大爆炸后不到 20 亿年 。 作者认为 ， 这很可能使它们成为人类研究过的最年轻的暗物质环 ， 并可能成为宇宙学下一章的前奏 。
“我很高兴我们打开了进入那个时代的新窗口 ， ”名古屋大学的 Hironao Miyatake 和该研究的作者在一份声明中说 。 “120 亿年前 ， 情况大不相同 。 你看到的正在形成过程中的星系比现在更多；第一个星系团也开始形成 。 ”
扭曲的空间？宇宙残渣？一个多世纪前 ， 当阿尔伯特·爱因斯坦提出他著名的广义相对论时 ， 他做出的一个预测是 ， 源自大量物质的超强引力场实际上会扭曲空间和时间或时空的结构 。 结果证明他是正确的 。 今天 ， 物理学家通过调用一种称为引力透镜的技术来研究这个概念 ， 以研究非常遥远的星系和宇宙中的其他现象 。 它的工作原理是这样的 。
想象两个星系 。 银河 A 在背景中 ， 而 B 在前景中 。
基本上 ， 当来自星系 A 的光经过星系 B 到达你的眼睛时 ， 这种发光会被 B 的物质扭曲 ， 无论是否黑暗 。 这对科学家来说是个好消息 ， 因为这种畸变通常会放大遥远的星系 ， 有点像镜头 。
此外 ， 你可以用这种光扭曲进行一种反向计算 ， 以计算出星系 B 周围有多少暗物质 。 如果星系 B 含有大量暗物质 ， 你会看到比可见物质预期更多的扭曲—— - 我们可以看到的东西 - 在里面 。 但如果它没有那么多暗物质 ， 那么失真会更接近你的预测 。 该系统运行良好 ， 但有一个警告 。
标准的引力透镜只能让研究人员识别距离大约 80 亿到 100 亿光年的星系周围的暗物质 。
这是因为随着你对宇宙的深入了解 ， 可见光变得越来越难以解释 ， 最终甚至变成了人眼完全看不见的红外光 。 （这就是为什么美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜如此重要 。 它是我们捕捉来自遥远宇宙的最微弱、最不可见光的最佳机会 。 ）但这意味着暗物质研究的可见光失真信号变得太远了褪色超过某个点来帮助我们分析隐藏的东西 。
宫武想出了一个解决方法 。
也许我们无法注意到检测暗物质的标准光失真 ， 但如果我们可以看到另一种类型的失真呢？事实证明 ， 有：大爆炸释放的微波辐射 。 它几乎是大爆炸的余热 ， 正式称为宇宙微波背景或 CMB 辐射 。
“看看遥远星系周围的暗物质？” 东京大学的宇宙学家、该研究的合著者 Masami Ouchi 在一份声明中说 。 “这是一个疯狂的想法 。 没有人意识到我们可以做到这一点 。 但在我谈论了一个大型遥远星系样本之后 ， Hironao 来找我 ， 说有可能用 CMB 观察这些星系周围的暗物质 。\"
本质上 ， 宫武想观察暗物质是如何通过引力透镜化我们宇宙的第一道光的 。
拾起大爆炸的碎片“大多数研究人员使用源星系来测量从现在到 80 亿年前的暗物质分布 ， ”东京大学助理教授、该研究的合著者 Yuichi Harikane 在一份声明中说 。 “然而 ， 我们可以回溯更远的过去 ， 因为我们使用更远的 CMB 来测量暗物质 。 我们第一次测量了几乎宇宙最早时刻的暗物质 。 ”
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