中科院首次獲得了宇宙中全尺度暗暈內部結構的清晰圖像

暗物質(zhì)暈（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“暗暈”）究竟長(cháng)啥樣？來(lái)自中國科學(xué)院國家天文臺等國內外單位的研究人員，利用中國和歐洲的超級計算機，采用一項全新的多重放大模擬技術(shù)，在當前標準宇宙學(xué)模型下，首次獲得了宇宙中全尺度暗暈內部結構的清晰圖像。相關(guān)研究成果9月2日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》雜志上。
　　　　　藝術(shù)家對宇宙中具有不同質(zhì)量的暗暈的想象圖。（上海自動(dòng)化儀表廠(chǎng)有限公司）
宇宙中約85%的物質(zhì)成分是暗物質(zhì)，其物質(zhì)屬性與組成恒星、行星以及我們人類(lèi)世界的普通物質(zhì)截然不同。這些暗物質(zhì)受引力影響而塌縮，形成的結構體被稱(chēng)為暗暈。普通物質(zhì)的氣體通過(guò)冷卻，聚集于暗暈中心，從而形成璀璨的恒星、星系以及整個(gè)光明的世界。
宇宙中最大質(zhì)量的暗暈是包含數百個(gè)亮星系的巨型星系團，其質(zhì)量大約是太陽(yáng)的百萬(wàn)億倍，它們的屬性已經(jīng)被天文學(xué)家廣泛研究。然而，小質(zhì)量的暗暈卻沒(méi)有那么幸運。它們雖然數量極多，但是人類(lèi)卻對其知之甚少。
“因為它們在整個(gè)宇宙演化歷史里一直保持‘黑暗’， 我們只能依賴(lài)超級計算機通過(guò)模擬宇宙的演化來(lái)研究這些黑暗的超微暗暈?！闭撐淖髡咧?、中國科學(xué)院國家天文臺研究員高亮說(shuō)，“為了在整個(gè)宇宙的背景框架下研究只有太陽(yáng)系大小的暗暈的內部結構，我們開(kāi)發(fā)了一種全新的技術(shù)?！?br style="color:#666666;font-family:宋體;font-size:12px;" />研究人員耗時(shí)5年，借助超級計算機，開(kāi)發(fā)、測試模擬程序，并利用多重放大技術(shù)，成功將小質(zhì)量暗暈的放大倍數跨越30個(gè)數量級?！霸谟钪嬷幸粋€(gè)典型區域進(jìn)行的這一超級放大模擬，需要利用八個(gè)‘放大鏡’接力去放大。其放大程度相當于在一張月球表面的圖片上找到一只跳蚤?！闭撐牡谝蛔髡呒婀餐ㄓ嵶髡?、中國科學(xué)院國家天文臺研究員王杰打了個(gè)比方。
超級放大宇宙模擬里暗物質(zhì)密度分布示意圖
這些超級放大的模擬使研究人員得以可靠并詳盡地研究從地球到超級星系團質(zhì)量暗暈的形成、演化以及內部結構。
“人們一直猜測那些小的暗暈應該和我們熟悉的超大暗暈內部結構不一樣，但令人驚嘆的是，我們發(fā)現所有質(zhì)量的暗暈竟然均具有極為相似的內部結構，即中心致密，往外逐漸稀疏，而大量的更小的暗物質(zhì)團塊在其相對較外的空間環(huán)繞?！蓖踅苷f(shuō)，如果不知道比例尺，在圖像上幾乎很難區分一個(gè)巨大的星系團暗暈和一個(gè)只有地球質(zhì)量大小的超微暗暈。
這些新獲得的對小質(zhì)量暗暈內部結構的認識，將讓天文學(xué)家可以利用各種工具去探測它們，比如引力透鏡，動(dòng)力學(xué)和伽馬輻射暴的監測。
根據目前的一些理論推測，大量的暗物質(zhì)粒子會(huì )在致密的暗暈中心相互碰撞，從而湮滅產(chǎn)生伽馬輻射暴?！拔覀兊慕Y果預測很大一部分輻射來(lái)自于那些因為太小而不能形成恒星的超微暗暈?！蓖踅苷f(shuō)，“未來(lái)的伽馬射線(xiàn)觀(guān)測極可能捕捉到這些輻射信號， 從而讓我們一窺這些宇宙中的‘超級小矮人’的‘真容’。這將幫助我們驗證關(guān)于暗物質(zhì)本質(zhì)的假設——可能暗物質(zhì)可能并不是我們想象的‘完全’是黑暗的?！?br style="color:#666666;font-family:宋體;font-size:12px;" />