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[探索] 如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形”

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冰封记忆Stars 发表于 2020-9-28 14:07:22 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
现有的宇宙学理论认为宇宙的构成主要有物质，暗物质和暗能量构成，我们常说的物质为可见物质，只占宇宙总质量的4%左右，暗物质占了26.8%，剩下的就都是暗能量了。

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第1张图片


暗物质虽然比可见物质多了6倍多，但是由于非常难观测，所以它在宇宙中的状态一直不为人所知，不过近日媒体报道我国科学家首次获得宇宙全尺寸按晕内部结构高清图，这又是怎么回事呢？

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第2张图片


关于暗物质是由什么构成的？暗物质团的结构是什么样的？还没有什么望远镜能观察到。不过科学家们可以通过超级计算机建立的宇宙模型上模拟出来。9月2日时，发表了由中国科学院国家天文台王杰研究员领衔、中德英美等天文学家组成的国际合作团队针对宇宙暗物质分布与结构图的研究成果，他们在当前标准宇宙学模型下建立了模拟程序，利用中国天河2号和欧洲英法两国的的超级计算机，采用一项全新的多重放大模拟技术，历时5年模拟研究，首次获得了宇宙中从最小的类似地球质量大小到具有最大质量的超级星系团的暗物质晕(暗晕)内部结构的清晰图像，全尺度解析了暗物质晕的内部结构。

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第3张图片


模拟发现宇宙中最大质量的暗物质晕是包含数百个亮星系的巨型星系团，其质量大约是太阳的数百万亿倍，理论认为恒星和星系只能在比太阳质量大百万倍的暗晕里形成，太小的暗物质晕中无法形成可见物质，所以对于那些小于太阳百万倍的暗晕，它们在整个宇宙演化历史中，一直到今天都一直保持着“黑暗”，而且天文学家认为这样的暗物质晕数量极多，目前我们对其所知甚少，而且模型推演认为宇宙中最小的暗物质晕总质量只像地球这么大。

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第4张图片


在真实宇宙中，暗物质晕基本不可见。为了在整个宇宙的背景框架下研究只有太阳系大小暗晕的内部结构，该团队对其进行了放大模拟，放大倍数跨越30个数量级(即100万亿亿亿倍)，这样可以详尽地研究从地球到超级星系团质量暗物质晕的形成、演化以及内部结构。而在某一个典型区域中，则需要利用8个“放大镜”接力去放大。其放大程度相当于在一张月球大小的图片上找到一只跳蚤，这对图像的获取和清晰度的要求当然都非常高。

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第5张图片


研究者还发现，小的暗物质晕与超大型暗物质晕的结构非常相似，都是中心致密外围稀疏，这也打破了原有的认为它们并不相同的推测。同时也发现暗物质晕并不是完全不可见，它们也可以向外辐射物质，暗物质云。中心致密部位的暗物质粒子很可能会相互湮灭，从而产生伽马辐射暴，未来的天文学观测很可能会发现这样的现象。

如同在月球照片上找到一只跳蚤，科学家在超算中让暗物质“现形” 第6张图片


参考资料：
《中国新闻网》9月3日文章《暗物质研究新突破！天文学家首获宇宙全尺度暗晕内部结构高清图》


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标签：暗物质宇宙学宇宙的总质量科学家
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