Hey，你见过暗物质晕吗？

 
 
Hey，你见过暗物质晕吗？  
 

艺术家对宇宙中具有差异质量的暗晕的想象图。（喻京川绘制）

宇宙中约85%的物质身分是暗物质，它们的物质属性和构成跟人类世界的普通物质截然差异。这些暗物质受引力塌缩，形成的布局体则被称为暗物质晕（简称暗晕）。

9月3日破晓，《自然》宣布了中国科学院国度天文台研究员王杰领衔的国际研究团队的一项重要理论发明。他们操作中国和欧洲的超等计较机，回收一项全新的多重放大模仿技能，在当前尺度宇宙学模子下，首次得到了宇宙中从最小的雷同地球质量巨细到具有最大质量的超等星系团（超过20个数量级）的暗晕内部布局的清晰图像。

宇宙中最大质量的暗晕是包括数百个亮星系的巨型星系团，其质量约莫是太阳的百万亿倍，它们的属性已经被天文学家遍及研究了。但那些比这一质量小的暗晕，却在整个宇宙演化史里一直保持“暗中”，因此固然它们数量极多，人类却对其知之甚少。按照今朝风行的模子猜测，宇宙中最小的暗晕质量大概和地球相当。

“因为它们的暗中，我们只能依赖超等计较机通过模仿宇宙的演化来研究这些暗中的超微暗晕。”中科院国度天文台研究员高亮说，“为了在整个宇宙的配景框架下研究只有太阳系巨细暗晕的内部布局，我们需要开拓一种全新的技能。”

因此，来自中国、德国、英国和美国的国际研究团队耗时5年，开拓、测试模仿措施，并在中国广州天河2，英国杜伦大学COSMA，以及德国慕尼黑的超等计较机上完成运行了一系列超等放大宇宙模仿，最终使得质量放大倍数超过了30个数量级，也即一百万亿亿亿倍。

论文配相助者、杜伦大学传授Carlos Frenk说：“在宇宙中一个典范区域举办的这一超等放大模仿，需要操作8个‘放大镜’来接力，其难度相当于在一张月球外貌的图片找到上面的一只跳蚤。这一挑战是我们整个规模都从未碰着过的，也是我们从业以来所碰着的最艰巨的一次。”

这些超等放大的模仿，使该团队得以靠得住并详尽地研究从地球到超等星系团质量暗晕的形成、演化以及内部布局。

那么，这些小的暗晕到底长什么样呢？“人们一直揣摩那些小的暗晕应该和我们熟悉的超大暗晕内部布局纷歧样。”王杰说，“但令人赞叹的是，我们发明所有质量的暗晕竟然均具有极为相似的内部布局——中心致密，往外逐渐稀疏，而大量更小的暗物质团块在其相对较外的空间环抱。”

也就是说，假如不知道比例尺，人们在图像上险些很难区分一个庞大的星系团暗晕和一个只有地球质量巨细的超微暗晕。

这些新得到的对小质量暗晕内部布局的认识，可以让天文学家操作各类东西去探测它们，好比引力透镜，动力学和伽玛辐射暴的监测。

按照今朝的一些理论猜测，大量的暗物质粒子会在致密的暗晕中心彼此碰撞，从而湮灭发生伽马辐射暴。

“我们的功效预测，很大一部门辐射来自于那些因为太小而不能形成恒星的超微暗晕。”德国马普天体物理所传授Simon White说，“将来的伽玛射线视察极大概捕获到这些辐射信号， 从而让我们一窥这些宇宙中的‘超等小矮人’的‘真容’。这将辅佐我们验证关于暗物质本质的假设——大概暗物质大概并不是我们想象的‘完全’是暗中的。”

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2642-9