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400位科学家参与的国际暗能量调查项目,绘制的宇宙暗物质地图平滑得奇怪

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4670 心心如如 发表于 2021-6-21 21:28:58
试着去描述暗物质就像描述住在房子里的鬼,你根本看不见暗物质,但你看得见的东西周围都有暗物质,暗物质只能解释为一种无法观测、衡量或者直接互动的隐形力量。


(来源:《麻省理工科技评论》)
我们之所以知道暗物质存在,是因为我们能观测到暗物质对宇宙所有物质的影响。科学家估计,宇宙中暗物质占约 27%(暗能量占 68%,常规物质和能量占 5%),主要问题是:暗物质到底在哪?暗物质在宇宙中如何分布?
一项名为 " 国际暗能量调查 "(下文简称 DES)的国际项目正在努力解答这两个问题,这一项目有超过 400 位科学家参与。
该项目刚刚公布了最大、最详细的宇宙暗物质地图,还有一些出乎意料的发现,但对比自爱因斯坦提出广义相对论以来的所有物理理论,这些发现并不与之完全符合。
DES 拍摄尽可能多的星系,以作为指标来定位暗物质,之所以可行,是因为在星系分布上,暗物质重力起着重要作用。从 2013 年 8 月到 2019 年 1 月,一群又一群科学家前往智利,使用主镜口径 4 米的布兰科望远镜,在近红外波段进行巡天观测。
绘出地图有两大关键点,一是观测宇宙中星系的地点和分布,通过这些信息,科学家了解到哪里是暗物质最集中的地方。
二是观测重力透镜效应,暗物质在宇宙中移动,在暗物质重力场作用下,星系发射出的光会像通过透镜一样发生弯曲。
科学家使用重力透镜效应来推断,暗物质占据了附近多少宇宙空间,光线弯曲得越厉害暗物质越多。
最新结果参考了 DES 头三年的数据,总计超过 2.26 亿个星系,观测超过 345 个夜晚。
英国伦敦大学学院和法国巴黎高等师范学院的研究人员、项目领头人之一尼尔杰弗里(Niall Jeffrey)博士表示:" 我们能绘制出覆盖南半球 1/4 天空的暗物质地图。"
总体而言,这些数据与所谓的宇宙学标准模型一致。该模型认为,宇宙在大爆炸中诞生,总质能的 95% 为暗物质和暗能量。
有了新地图,科学家得以看到宇宙中一些巨大的暗物质结构,也能看到更多细节,没有新地图,这些结构都不可见。
地图上最亮的地方,表示暗物质在此处最为密集,暗物质还聚在低密度空洞周围,形成光晕。
但有些结果令人惊讶。杰弗里说:" 有些线索表明,宇宙比我们预料得要更平滑。这些线索在其它重力透镜实验中也出现了。"
而这并不是广义相对论所预测的,该理论认为暗物质应该更笨重,分布更不均匀。在已发表的 30 份论文中,其中有一份写道," 虽然证据并不绝对,不过,我们可能看到新物理学的发端。" 杰弗里等宇宙学家认为," 这可能会改变爱因斯坦所提出的重力法则。"
虽然这是巨大影响,但由于我们实际上对暗物质(这是还没有直接观察到的东西)了解太少,还是需要保持谨慎。例如,杰弗里指出," 如果附近的星系由于复杂的天体物理因素影响,以一种奇怪的方式排列,那么我们的透镜结果将受误导 "。
换句话说,对这些结果很可能有一些奇特解释,也许可以用符合广义相对论的方式来解释。如此,毕生以爱因斯坦理论正确为前提来做研究的天体物理学家可以松一口气。而且别忘了多年来在其它任何测试中,广义相对论都禁住了考验。
虽然 DES 还有几个数据有待发布,上述结果已经掀起了波澜。杰弗里说:" 天文学家已经在用这些地图来研究宇宙网的结构,更好地理解星系和暗物质之间的联系。不用多久,我们就能知道,这些结果到底只是一个小插曲,还是会导致我们对宇宙的理解发生巨大改变。"

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