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银河系测试设置为澄清暗物质的存在

时间:2021-11-25 18:55:05 来源:

这张照片显示了暗物质的分布(上图)和星星(下面)。© E. Garaldi,C. Porciani,E. Romano-Díaz/波恩大学ZOMG KOLLABORION

波恩大学和加州大学的研究人员在Irvine采用了复杂的计算机模拟,设计了一个可以在天体物理学中回答燃烧问题的考验:真的很暗吗?还是需要修改牛顿的引力法?新的研究现已发表在物理审查信中,表明答案隐藏在围绕银河系中旋转的小卫星星系中的星星的运动。

使用世界上最快的超级计算机之一,科学家们已经模拟了所谓的卫星“矮人”星系的物质分布。这些是围绕的小星系,例如银河系或andromeda。

研究人员专注于称为“径向加速关系”(RAR)的关系。在磁盘星系中,星星在银河中心周围的圆形轨道移动。迫使它们不断改变方向的加速是由星系中物质的吸引力引起的。RAR描述了该加速度与由可见品质引起的关系之间的关系。它提供了对星系结构及其物质分布的洞察力。

“我们现在首次模拟了Dwarf星系的假设存在暗物质的假设,”解释了Bonn大学阿尔卡德兰·天文学研究所的Cristiano Porciani教授。“事实证明,他们表现为较大星系的缩小版本。”但是如果没有暗物质,而且重力“作品”不同于牛顿的想法?“在这种情况下,矮星的RAR在与父母星系的距离中强烈取决于与父母星系的距离,如果存在暗物质,那就不会发生这种情况,”研究人员Emilio Romano-díaz解释说。

这种差异使卫星成为测试暗物质是否真实​​存在的强大探针。2013年由欧洲航天局(ESA)推出的Gaia Spacocraft可能已经提供了答案。它旨在以前所未有的细节,在银河系及其卫星星系中研究恒星,并收集了大量数据。

但是,解决这个谜语可能需要数年时间。“史态测量不足以测试我们在模拟中发现的小差异”,博士生伊罗尼科加拉利解释道。“但反复接近同一个恒星每次都会改善测量。迟早还可以确定矮星是否在宇宙中表现得像暗物质 - 或者。“

持有星系在一起的水泥

这个问题是今天宇宙学中最紧迫的问题之一。瑞士天文学家Fritz Zwicky已经在80多年前建议了暗物质的存在。他意识到星系在星系集群内移动得如此之快,他们应该实际漂移。因此,他假设存在无形物质的存在,由于其质量,施加足够的重力以使星系保持在观察到的轨道上。在20世纪70年代,他的美国同事维拉鲁宾在银河系中发现了类似的螺旋星系现象:它们如此迅速旋转,即如果只有可见的物质,离心力应撕裂它们。

今天,大多数物理学家都深信,暗物质占宇宙中群众的80%。由于它没有与光相互作用,因此望远镜是不可见的。然而,假设其存在提供了很好的拟合许多其他观察 - 例如背景辐射的分布,这是大爆炸的余辉。暗物质还为宇宙中的星系的安排和形成率提供了良好的解释。然而,尽管有许多实验努力,但没有直接证明暗物质存在。这一LED天文学家到了引力本身可能与以前认为不同的假设。根据称为MOND(改进的牛顿动态)的理论,两个群众之间的吸引力obeys牛顿的法律只到某一点。在非常小的加速下,例如星系中普遍的那些,重力变得相当强烈。因此,由于其转速而不会撕裂星系,蒙正理论可以分配与神秘的星星腻子。

新的研究开辟了天文学家在前所未有的制度中测试这两个假设的可能性。

出版物:Enrico Garaldi等,“CDM卫星星系的径向加速Λ关系”,物理评论信,2018; DOI:10.1103 / physrevlett.120.261301


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