宇宙中的暗物质找不到,科学家又想出了“热暗物质”模型?

在上个世纪,研究星系运动和宇宙微波背景辐射特性的天文学家们认识到,宇宙中大部分物质是不可见的。宇宙中大约84%的物质是“黑暗”物质,既不发光,也不发出任何其他已知的辐射,因此它被称为暗物质。暗物质的另一个主要特性是,暗物质只通过引力与其他物质相互作用:例如,它不携带电磁电荷。暗物质之所以“黑暗”,还因为它神秘莫测:暗物质不是由原子或它们通常的组成元素(如电子和质子)组成。

粒子物理学家已经想象出了与宇宙已知定律相一致的新型物质,但到目前为止,还没有一种物质被探测到,也没有一种物质的存在得到证实。2012年大型强子对撞机发现了希格斯玻色子,引发了人们的乐观情绪,认为暗物质粒子很快就会被发现,但到2019年的目前为止,还没有发现任何暗物质粒子,而之前有希望的粒子类别现在似乎是不太可能被发现的。天文学家认识到暗物质是宇宙中物质的主要组成部分。无论其性质如何,暗物质都深刻地影响了星系结构的演化和宇宙微波背景辐射(CMBR)的分布。

关键宇宙参数值(如膨胀率)之间的显著一致性来自于对两种完全不同大型宇宙结构的观测,即星系和宇宙微波背景辐射,为包括暗物质在内的宇宙大爆炸模型提供证据。目前暗物质模型假定它是“冷的”,也就是说,它不与任何其他种类的物质或辐射相互作用,甚至与自身相互作用,而不受引力的影响。这个宇宙学版本因此被称为冷暗物质情景,但宇宙学家怀疑,更精确的观测是否能够排除哪怕是很小程度的相互作用。

CfA天文学家索纳克·博斯带领一组同事对一种非常流行的(如果是推测性的)“暗物质”粒子,一种能与接近光速的轻粒子。这个版本形成了几种可能的热暗物质(也许更准确地说是相互作用的暗物质)场景之一。特别是,假设粒子被允许与中微子相互作用(中微子在早期炽热的宇宙中非常丰富)。科学家们用最先进的宇宙学模拟星系形成,建立了一个有这种热暗物质的宇宙模型。

发现对许多观测来说,这种影响太小,无法被察觉。然而,这种热暗物质的特征以一些独特方式存在,特别是遥远星系在空间中的分布方式,可以通过观察星系的氢气来绘制星系图来验证。未来高度敏感的观测应该能够进行这些测试。详细的氢气吸收分布图可以用来支持(或者排除)这种热暗物质的可能性,并阐明这种神秘的宇宙成分。

博科园|研究/来自:哈佛史密森尼天体物理中心

参考期刊《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz1276

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