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  • 早期星系形成的在三个暗物质场景进行模拟。在充满冷暗物质宇宙,星系初期将首先形成明亮的光晕(左一)。如果暗物质是不是温暖,星系将成为第一个在长,尾状细丝(中心)。模糊的暗物质会产生类似的细丝,但横纹肌(右一),像竖琴的琴弦。

    早期星系形成的在三个暗物质场景进行模拟。在充满冷暗物质宇宙,星系初期将首先形成明亮的光晕(左一)。如果暗物质是不是温暖,星系将成为第一个在长,尾状细丝(中心)。模糊的暗物质会产生类似的细丝,但横纹肌(右一),像竖琴的琴弦。

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这是一个“模糊”的宇宙可能是如何看

早期星系形成的在三个暗物质场景进行模拟。在充满冷暗物质宇宙,星系初期将首先形成明亮的光晕(左一)。如果暗物质是不是温暖,星系将成为第一个在长,尾状细丝(中心)。模糊的暗物质会产生类似的细丝,但横纹肌(右一),像竖琴的琴弦。

科学家模拟暗物质宇宙就是超轻,或“模糊”,而不是冷或热的早期星系的形成。


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暗物质很可能在宇宙中酝酿了第一个星系起始原料。不久,大爆炸后的暗物质粒子会在引力聚集在一起“光晕”,拉动周围气体进入他们的核心,它随着时间的推移冷却,凝结成第一星系。

虽然暗物质被认为是骨干,以宇宙的结构,科学家们很少知道它的性质,因为颗粒迄今回避检测。

现在科学家在澳门太阳城最新网站,普林斯顿大学,剑桥大学发现,早期宇宙,并第一个星系,会取决于暗物质的性质显得很不同。首次,该团队已经模拟什么早期星系的形成会看起来像如果暗物质是“模糊”,而不是冷或热。

在最被广泛接受的情况下,暗物质是冷的,由缓慢移动的粒子,除了重力效应,与普通物质没有作用的。温暗物质被认为是冷暗物质稍微更轻,更快的版本。和模糊暗物质,一个相对较新的概念,是完全不同的东西,包括超轻颗粒的,每次约1 octillionth(10-27)的电子的质量(冷暗物质粒子是远较重 - 约105 倍比电子质量更大)。

在他们的模拟中,研究人员发现,如果暗物质是冷的,然后在早期宇宙中星系会在近球形晕形成。但如果暗物质的性质是模糊或温暖,早期宇宙看起来会是非常不同的,与星系形成首先在扩展,尾状的细丝。在一个模糊的宇宙中,这些细丝会出现横纹,像竖琴星亮字符串。  

作为新的望远镜上线,有能力看到进一步回早期的宇宙中,科学家们也许能够推断出,从星系形成的格局,无论是暗物质的性质,今天弥补了近85%的事宇宙,是模糊的,而不是冷或热。

“在早期宇宙中第一批星系可以照亮我们今天有什么类型的暗物质,”马克vogelsberger,在澳门太阳城最新网站的天体物理和空间研究科维理物理学副教授说。 “要么我们看到这丝模式,模糊暗物质是合理的,否则我们不这样做,我们可以排除这种模式出来。我们现在有如何做到这一点的蓝图“。

vogelsberger是今天出现在论文的合着者 物理评论快报 随着论文的主要作者,普林斯顿大学的菲利普mocz,和剑桥大学的阿纳斯塔西娅fialkov和苏塞克斯以前的大学。

模糊波

而暗物质尚未直接检测,描述冷暗物质的假设被证明是成功的描述可观测宇宙的大尺度结构。其结果是,星系形成模型是基于这样的假设暗物质是冷的。

“问题是,有意见和冷暗物质的预测之间存在一些差异,” vogelsberger指出。 “举例来说,如果你看一下在非常小的星系,暗物质星系内的推断分布不完全与什么理论模型预测一致。所以有张力有“。

进入,那么,对于暗物质,包括温暖,模糊的,其研究人员在最近几年已经提出了替代理论。

“暗物质的性质仍然是一个谜,” fialkov说。 “模糊暗物质是由基本物理动机,比如,弦理论,因而是一个有趣的暗物质候选者。宇宙结构把握关键,以确认或排除这种暗物质modles。”

模糊暗物质由是如此光,它们在一个量子,波浪状的方式起作用,而不是作为单独的颗粒的颗粒。这种量子,模糊性,mocz说,可能已经产生了看从什么标准模型预测冷暗物质完全不同的早期星系。

“即使在宇宙中后期这些不同的暗物质场景可能预测星系形状相似,第一个星系将是显着的不同,这将给我们一个关于暗物质是什么,线索” mocz说。

看到一个模糊的早期宇宙可能会带来的感冒,是,研究人员模拟了早期宇宙的一小,立方空间,约300光年的测量,并在时间上向前跑了看到的星系是如何形成给出一个三种暗物质情况:冷,暖,和模糊。

团队通过假设的暗物质一定的分布,科学家有一些想法的基础上,宇宙微波背景辐射的测量开始每个模拟 - “遗物辐射”,是由发射,仅仅40万年后发现,宇宙大爆炸。

“暗物质没有一个恒定的密度,甚至在这些早期的时候,” vogelsberger说。 “有上的恒定密度场的顶部微小扰动”。

研究人员能够利用现有的算法,模拟下的冷,暖暗物质场景星系的形成。但模拟模糊暗物质,其量子性质,他们需要一种新的方法。

地图竖琴的琴弦

研究人员修改了他们的冷暗物质模拟,使其能够解决两个额外的方程,以模拟在一个模糊暗物质的宇宙星系的形成。第一,薛定谔方程,描述了一个量子粒子充当波,而第二个,泊松方程,描述了波如何产生密度场,或暗物质分布,以及如何分布导致重力 - 的力,最终拉在物质形成的星系。它们然后被耦合这个模拟到描述在宇宙气体的行为的模型,它的方式凝结成星系响应于重力效应。

在所有三种情况下,形成星系的地方有过度的密度,或高浓度的倒塌引力暗物质。这种暗物质的模式,然而,是不同的,这取决于它是否是冷,暖,或模糊。 

在冷暗物质的情景,形成球形晕,以及较小的星系subhalos。温暗物质产生的尾状细丝第一批星系,也没有subhalos。这可能是由于温暗物质的更轻,更快的性质,使得颗粒不太可能停留在较小的,subhalo团块周围。

类似地暖暗物质,模糊暗物质形成沿丝的恒星。但随后量子波的影响在塑造星系,这就形成更横纹肌细丝,像一个不可见的竖琴字符串接管。 vogelsberger说这横纹肌图案是由于干扰,当两个波重叠时发生的效果。当这种情况发生时,例如在光的波,这些点,其中每个的波峰和波谷对准波形式斑点较深,产生亮区和暗区的交替图案。

在模糊暗物质的情况下,代替的亮和暗点时,它产生的过密,并在密集浓度暗物质的交替图案。

“你会在这些超密度得到了很多引力,气体会跟随,并在某些时候会形成沿着这些超密度的星系,而不是下的密度,” vogelsberger解释。 “这幅画将在整个宇宙早期被复制。”

该小组正在开发的早期什么星系可能看起来像由模糊暗物质占据宇宙更详细的预测。他们的目标是提供一个地图为即将到来的望远镜,如詹姆斯·韦伯太空望远镜,这可能是能够远远不够回来看看,及时发现最早的星系。如果他们看到丝状的星系,如由mocz,fialkov,vogelsberger模拟,和他们的同事,也可能是第一个迹象表明,暗物质的性质是模糊的。

“这是本观察测试,我们可以提供暗物质的性质的基础上,早期的宇宙,这将在未来几年内成为可行的意见,” vogelsberger说。

这项研究得到了支持,部分由美国航空航天局。


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