银河镜测试的暗物质
南加州大学领导的一个研究团队创造了一系列超级计算机模拟的银河系双胞胎——这可以帮助科学家解开关于宇宙中最大的谜团之一的新答案：暗物质，这种不可见的物质约占现存物质的 85%。 这项研究由宇宙学家 Vera Gluscevic 领导，她是南加州大学 Dornsife 文学、艺术和科学学院的副教授; 以及 Ethan Nadler，他曾是南加州大学的博士后和卡内基天文台（Carnegie Observatories），现在是加州大学圣地亚哥分校（University of California， San Diego）的助理教授; 以及卡内基天文台 （Carnegie Observatories） 的科学家安德鲁·本森 （Andrew Benson）。 他们将他们的模拟项目称为“COZMIC”——“Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter”的缩写。 科学家几十年来一直知道暗物质的存在——但直到现在，他们还无法研究星系是如何在暗物质和正常物质相互作用的宇宙中诞生和演化的。该团队表示，COZMIC 使这成为可能。 COZMIC 的发展和团队的结果在 6 月 16 日发表在美国天文学会出版物《天体物理学杂志》上的三项研究中进行了描述。 暗物质的核心 科学家们知道暗物质是真实的，因为它会影响星系如何移动和粘在一起。 例如，星系旋转得如此之快，以至于它们应该飞散，但它们并没有。 某种无形的东西将他们联系在一起; 多科学家们认为暗物质是其中的核心——瑞士研究人员 Fritz Zwicky 于 1933 年首次提出了这一想法。 从那时起，对暗物质的研究就不断发展。 暗物质研究很棘手，因为它不会发出任何容易检测到的光或能量。 科学家通过观察暗物质如何影响星系等运动和结构来研究暗物质。 然而，这有点像研究某人的影子，却无法详细检查真实的人谁投下了阴影。 对于这套研究，研究团队采取了部署新物理学的步骤——不仅仅是标准的粒子物理学和相对论——并编写了一台超级计算机，通过 COZMIC 创建非常详细的宇宙学模拟，以测试关于暗物质可能做什么的不同想法。 “我们想测量这些粒子的质量和其他量子特性，我们想测量它们如何与其他所有东西相互作用，”Gluscevic 说。 “使用COZMIC 首次能够在完全不同的物理定律下模拟像我们这样的星系——并通过真实的天文观测来测试这些定律。 除了 Glusevic、Nadler 和 Benson，COZMIC 背后的团队还包括加州大学河滨分校的 Hai-Bo Yu; Daneng Yang，以前在加州大学河滨分校，现在在 CAS 紫金山天文台工作; 加州大学洛杉矶分校的 Xiaolong Du; 以及 Rui An，前南加州大学。 几种暗物质情景 “我们的模拟表明对最小星系的观测可用于区分暗物质模型，“纳德勒说。 对于与 COZMIC 的研究，科学家们考虑了以下暗物质行为情景： Benson 说，在运行这些模拟时，科学家们将新的物理学输入超级计算机，以产生一个星系，其结构带有正常物质和暗物质之间相互作用的特征。 Gluscevic 补充道：“虽然之前的许多仿真套件都有探索了暗物质质量或自身相互作用的影响，到目前为止，还没有人模拟过暗物质与正常物质的相互作用。 这样的互动并不奇特或不可信。 事实上，它们很可能存在。 暗物质的新一天 团队表示，这是在弄清楚暗物质真正是什么方面向前迈出的一大步。 他们希望通过将他们的双星系与真实的望远镜图像进行比较，他们可以更接近解开太空中最大的谜团之一。 “我们终于能够问，'哪个版本的宇宙看起来最像我们？' “格鲁切维奇说。 ：COZMIC 团队计划通过直接使用望远镜数据测试模拟的预测来扩展他们的工作，以便他们能够发现真实星系中暗物质行为的特征。 下一个阶段可能会使科学家比以往任何时候都更接近于理解暗物质是什么，以及它如何塑造宇宙。