宇宙|放大一百万亿亿亿倍去看宇宙最小的暗物质晕
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宇宙是由什么构成的？千百年来科学家一直在寻找答案 。 根据现代宇宙学模型 ， 宇宙中约85%的物质成分是暗物质 ， 它的物质属性和组成恒星、行星以及我们人类世界的普通物质截然不同 。 暗物质受引力塌缩 ， 形成的结构体被称为暗晕 。
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最大质量的暗晕是包含了由数百个亮星系组成的巨型星系团 ， 其质量约是百万亿倍的太阳 ， 它们的属性已经广泛地被天文学家研究 。 而那些小质量的暗晕 ， 因为在整个宇宙演化历史里一直保持“黑暗” ， 数量极多 ， 人类却对其知之甚少 。 根据暗物质属性模型推测 ， 宇宙中最小的暗晕质量可能和地球相当 。
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小质量暗晕和大质量暗晕有何区别？为了揭开这一奥秘 ， 来自中国、英国、德国和美国的国际研究团队耗时5年 ， 开发、测试模拟程序 ， 并运行了一系列放大宇宙的超级模拟 ， 质量放大倍数跨越30个数量级 ， 也即一百万亿亿亿倍 。 这就意味着要对宇宙中一个典型区域里的这些小暗晕进行模拟 ， 需要利用八个放大镜去接力放大 ， 而放大程度相当于在一张月球表面的图片上寻找一只跳蚤 。
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北京时间2020年9月3日 ， 国际科学期刊《自然》发布了国家天文台王杰研究员领衔的国际研究团队的研究成果 。 令研究人员惊叹的是 ， 通过模拟 ， 他们发现所有质量的暗晕竟然具有极为相似的内部结构——中心致密 ， 往外逐渐稀疏 ， 且大量的更小的暗物质团块在暗晕相对较外的空间环绕 。 换个角度来说 ， 如果不知道比例尺 ， 在图像上 ， 我们几乎很难区分一个巨大的星系团暗晕和一个只有地球质量大小的超微暗晕 。
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暗物质是现代物理学中最难以捉摸的谜团之一 。 此次发现小质量暗晕的内部结构 ， 预示着我们有可能利用未来的伽马射线望远镜间接观测到这些暗物质晕 ， 这对我们“看到”暗物质 ， 以及探索暗物质的本质提供了一个新的方向 ， 也许 ， 暗物质可能没有想象的那么“黑暗” 。
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本文及科普视频基于最新科学研究进展制作 ， 论文：Wang, J., Bose, S., Frenk, C.S. et al. Universal structure of dark matter haloes over a mass range of 20 orders of magnitude. Nature 585, 39–42 (2020).
主编：石硕
轮值主编：崔辰州
科学审核：王杰
策划监制：万昊宜、宋雅娟
脚本：宋雅娟
制作：肖春芳
编辑：蔡琳、柒柒
天文科普期刊
《中国国家天文》杂志
【宇宙|放大一百万亿亿亿倍去看宇宙最小的暗物质晕】8月纸刊 陨石篇
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