这些恒星与暗物质具有相同的分布,调查发现

2020-05-07 作者:科技资讯   |   浏览(113)

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我们都知道,一个星系所形成的“引力胶”力量大小,会跟该星系的质量有直接关系。当星系的质量越大,这股力量也就越强大,哪怕是移动速度最快的星系,也无法逃脱这些力量的牵引。早在 20世纪30年代的时候,科学家们就通过星系团的观测发现,在宇宙中存在一种结构庞大的物质,但它们并没有与光发生相互作用。从研究人员之前所观察到的质量来看,宇宙中那些数十亿年就应该被分裂的星系,被无法看到的物质聚集在了一起,而这一切疑惑,只有暗物质才能解释。

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使用NASA / ESA哈勃太空望远镜数据的天文学家采用革命性方法探测星系团中的暗物质。该方法允许天文学家比迄今为止使用的任何其他方法更准确地看到暗物质的分布,并且它可能用于探索暗物质的最终性质。结果发表在皇家天文学会月刊上。

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天文学家用3亿光年投射到一个巨大的星系城市,天文学家利用美国宇航局的哈勃太空望远镜对其中一些最小的成员进行了全面的人口普查:到目前为止发现了高达22,426个球状星团。

近几十年来,天文学家一直试图了解构成宇宙中大部分物质的神秘物质的真实本质

宇宙中最具有神秘色彩的事物,暗物质一定算得上是其中一个,它的质量达到了宇宙总质量的80%,其存在是解释当前宇宙结构的必要条件,并且,已经在很长一段时间内依附于星系。而那些由数以万亿计的暗物质粒子所组成的巨大“光环”,就是每个星系的栖息地 。但由于该物质只通过重力和其他物体相互作用,这让科学家们也无法直接探测其构成。但只要我们将视线放到更广阔的宇宙,总会看到很多暗物质存在的证据,因此,关于它的一切研究,都需要通过周围星系和恒星的运动来进行追踪。那么,科学家们又是如何揭开暗物质的神秘面纱?

这项调查发表在2018年11月9日的天体物理学杂志上,将允许天文学家利用球状星团场来绘制昏迷星系团中物质和暗物质的分布图,该星系团拥有1000多个被包装的星系。一起。

  • 暗物质 - 并将其分布在宇宙中。现在,来自澳大利亚和西班牙的两位天文学家利用NASA / ESA哈勃太空望远镜Frontier Fields计划的数据准确研究了暗物质的分布。

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因为球状星团比整个星系小得多 - 而且更加丰富 - 它们更好地描绘了空间结构如何被昏迷星团的引力扭曲。实际上,昏迷星团是观测到的引力异常被认为是宇宙中许多看不见的质量的第一个地方之一

我们找到了看暗物质的方法,该研究的第一作者Mireia Montes(澳大利亚新南威尔士大学)解释道。我们发现星系团中非常微弱的光线,群内光线,映射了暗物质的分布情况。

磁子可揭示轻质暗物质粒子

  • 后来被称为暗物质。

内部光是星系之间相互作用的副产物。在这些相互作用的过程中,各个恒星从它们的星系中被剥离并在星团内自由漂浮。一旦从星系中解放出来,它们最终会聚集在大部分星团(大部分是暗物质)的位置。

在宇宙探索领域中,捕获暗物质是科学家们的一个重要课题,世界各地的实验室都在试图通过自己的方式,捕捉到一个杂散的暗物质粒子。然而,造成放射性衰变的弱核力,不管暗物质粒子是什么都可能感觉到,科学家们建造一个的探测器,而参与实验的是大量的任何元素。但这项实验有一个前置条件,那就是暗物质粒子必须相对较重,方才足以使其在这种罕见的相互作用中敲除核子。虽然迄今为止暗物质探测器仍然没有找到这种作用的痕迹,但却因此而越来越了解什么不是暗物质。当然,没有一个确切的结果总会让人充满疑虑。科学家们又研究出了一种拟议的实验装置,即使可疑粒子本身特别轻,它可以在改变电子自旋的过程中,在材料中创建磁振,以检测到暗物质粒子的存在。

在宇宙中最早的自耕农中,球状星团是数十万颗古代恒星的雪球状岛屿。它们是银河系诞生和生长不可或缺的一部分。大约150个球状星团在我们的银河系周围拉链,因为它们包含宇宙中已知最古老的恒星,它们存在于我们银河系的早期形成时期。

这些恒星与暗物质具有相同的分布,只要我们目前的技术允许我们研究,Montes解释说。暗物质和这些孤立的恒星

由于实验的灵敏度和相互作用的性质,这种设置可以检测轻质暗物质粒子。当一大块材料处于绝对零度的温度,所有微小的小磁棒在旋转的时候,电子都将指向同一方向;只有当温度慢慢升高后,一些电子才会开始被唤醒摆动,并随机指向相反的方向旋转。当温度升高的幅度越大,电子被卷起的次数越多,并且每次翻转都会让磁场强度相对降低。而每个翻转的旋转,都会在材料的能量中产生一丝波纹,这些摆动并不是真正意义上的粒子,但却可以看作是准粒子。因为它们跟小巧可爱的小磁铁很像,所以这些准粒子也被科学家们称为“磁子”,如果实验的一开始,就是一个非常冷的材料,并且过程中有足够的暗物质粒子撞击材料,并翻转一些旋转,那么,你就能够观察到磁铁。

银河系的一些球状星团肉眼可以看作模糊的星星。但是在昏迷星团的距离上,它的球状体看起来像是光点,甚至是哈勃的超锐视觉。调查发现,球状星团散布在星系间的空间中。由于交通堵塞集群内的星系接近碰撞,他们已经从他们的家庭星系中成为孤儿。哈勃透露,一些球状星团沿着桥状图案排列。这是星系之间相互作用的明显证据,在这些星系之间它们相互牵引,就像拉太妃糖一样。

  • 形成星云中的光 - 都是无碰撞的成分。它们遵循集群本身的引力潜力。该研究表明,对于暗物质来说,内部光线与暗物质对齐,比其他任何依赖于目前使用的发光示踪剂的方法更准确地追踪其分布。

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澳大利亚悉尼澳大利亚望远镜国家设施的天文学家胡安马德里在考察哈勃的图像时,首先想到了Coma中球状星团的分布,这些图像显示球状星团一直延伸到昏迷星系中任何给定照片的边缘。簇。

该方法也比使用引力透镜的更复杂方法更有效。虽然后者需要精确的透镜重建和耗时的光谱活动,但Montes提出的方法仅使用深度成像。这意味着可以在相同的观察时间内使用新方法研究更多的聚类。

在死亡星系中暗物质有不同表现

他期待着来自哈勃的一项遗留调查的更多数据,该调查旨在获取整个Coma集群的数据,称为Coma Cluster财务调查。然而,在该计划的中途,2006年,哈勃望远镜强大的高级调查相机(ACS)出现了电子设备故障。(ACS在2009年哈勃服务任务期间后来被宇航员修复。)

研究结果介绍了探索暗物质最终性质的可能性。如果暗物质是自相互作用的,我们可以发现这是暗物质分布与微弱恒星发光相比的微小偏离,该研究的合着者伊格纳西奥特鲁希略(InstitutodeAstrofsicadeCanarias,西班牙)强调说。目前,所有关于暗物质的知识都是它似乎与重力的常规物质相互作用,但不是以任何其他方式。要发现它自我互动会对其身份产生重大限制。

在科学家们对暗物质晕的行为进行建模时发现,一般情况下这些结构都会形成某些形状,比如暗物质的“尖点”分布现象,在星系中心的密集暗物质球周围,也同样充满了阴云密布的物质。然而,在许多星系的行为中,似乎更多得是暗物质在绕一个“核心”的同时,也围绕着银河系的外围运行。天文学家对这样的尖端核心问题,可以通过被称为“自相互作用暗物质”模型解释,以说明暗物质并不在我们能够直接检测和理解的物理学的范畴,并且,它还作用于自身未知的力量。如果暗物质和普通物质之间的相互作用,和它与自身的相互作用有所不同,便能够解释暗物质是怎样从星系中心向边缘移动。但科学家们又通过新的研究表明,或许正是这样得解释使事情本身被过于复杂化。

为了填补调查空白,马德里和他的团队辛勤地从不同的哈勃观测计划中抽取了许多哈勃望远镜中的星系图像。这些存储在太空望远镜科学研究所位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜Mikulski档案馆。他汇集了集群中心区域的马赛克,与国家科学基金会的本科生研究经历项目的学生一起工作。马德里说:这项计划为那些在很少或没有天文学的大学注册的学生提供了获得该领域经验的机会。

目前,Montes和Trujillo计划对原有的六个星团进行更多调查,以确定他们的方法是否准确。他们的方法的另一个重要测试是由其他研究团队观察和分析其他星系团,添加到数据集并确认他们的发现。

暗物质弥补了宇宙中的大部分质量,不发光却能通过重力牵引一切,并且,大部分暗物质存在于“晕圈”或星系内的云中。科学家们对大致分为两类的16个矮星系进行了研究,它们分别是数十亿年前就已经停止形成恒星的星系,以及最近才停止形成或仍在形成恒星的星系。通过研究数据发现,往往年龄较小且活动较少的星系,它的中心区域有大量暗物质,也更倾向于有暗物质尖点,而那些更活跃的星系却只有空核心。在暗物质的行为方面,这项新发现具有重要意义,它的结果表明了暗物质加热真实存在,而在很久以前就停止形成恒星的星系中,并没有能量将暗物质从银河系中心推出。并且,这些情况下的暗物质行为方式与简单模型所预测的方式一致。

该团队开发了算法来筛选包含至少100,000个潜在来源的昏迷马赛克图像。该程序使用球状星团的颜色(由老化的红色星星的光芒主导)和球形以消除外来物体

该团队还可以期待使用未来的太空望远镜应用相同的技术,如NASA / ESA / CSA詹姆斯韦伯太空望远镜,它将拥有更灵敏的仪器,能够分辨遥远宇宙中微弱的星际光。

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  • 主要是与昏迷星团无关的背景星系。

Ignacio Trujillo总结说:我们应该能够通过研究数百个星系团来探测未来几年的激动人心的可能性。

星光映射出暗物质的分布图

虽然哈勃望远镜具有无与伦比的灵敏度和分辨率,但它们的主要缺点是它们具有微小的视野。我们研究的一个很酷的方面是,它展示了美国宇航局计划的宽视场红外测量望远镜(WFIRST)可能实现的惊人科学,它将拥有比哈勃更大的视野,马德里说。我们将能够立刻对整个星系团进行成像。

如果将暗物质的庞大程度用一个生活中的实例来体现,那么,暗物质在整个宇宙中的含量,就相当于是构成你和我、岩石、树木,以及恒星等“正常物质”的六倍左右。但是,科学家们对暗物质仍然难以研究,顾名思义,由于暗物质并不会发出任何光,天文学科学家也只能通过研究星团如何扭曲其背后物体的光线,以映射出在大质量星系团中的暗物质分布情况,而这种现象就是所谓的引力透镜。那些已经从它们的自然星系中撕裂、并漂浮在巨大星系团内的恒星,便称为了暗物质的探测器。这是一种绘制神秘暗物质分布图的新方法,简而言之,科学家们通过观察暗物质对正常物质的引力作用,其中包含“正常”物质和暗物质的巨大星团,这就好比是一个宇宙放大镜,能使其背后物体的视野变形。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA(欧洲航天局)之间的国际合作项目。美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃科学运营。STScI由华盛顿特区的天文研究大学协会为NASA运营

科学家们通过NASA哈勃太空望远镜,看到了星系团Abell S1063,并在星系团中发现了非常微弱的光线,而正是这些光线映射出了暗物质的真实分布情况。研究人员对六个不同星系团的哈勃太空望远镜图像进行了分析得出,发出内部光线的恒星提供了一种更好的方法, 天然后利用这种“引力透镜效应”来计算出了星系团中暗物质的分布。在下图的哈勃太空望远镜图像中,蓝色可见部分便显示了星系团MACS J0416中的星内光,并且,“深场图像”可以相对更容易地研究集群内光。与此同时,这也意味着在不久的将来,科学家们可以将数据集扩展到这六个星系团之外,这便意味着或许会有一些令人兴奋的可能,在未来的时间里,研究人员将研究数百个星系团,以此探测关于暗物质的更多事实。

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