暗物质|看不见摸不着？最新计算机模拟带你“窥见”暗物质容颜
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我们该如何研究一个看不见的东西？这是研究暗物质的天文学家所面临的挑战 。 尽管暗物质占宇宙总物质的85％ ， 但因为它与光不会相互作用 ， 我们只能通过暗物质对光和其他物质的引力影响才能发现它 。 事实上 ， 直到现在科学家都一直没能成功直接检测到地球上暗物质 。
尽管暗物质的质量难以估量 ， 但我们对暗物质并非一无所知 。 我们知道 ， 它黑暗且寒冷 ， 但凝聚在一起时会成为星系团的温床 ， 还会经常在星系周围形成晕圈 ， 成为整个星系中质量最大的物质 。 然而仍存在一些暗物质的谜团等待我们解开 。 为此 ， 天文学家经常开发新的暗物质模型 ， 并将其与观测结果进行比较以测试其准确性 。
复杂的计算机模拟是我们了解暗物质的一种方式 。 最近 ， 一个由国家天文台王杰研究员及来自其他国家的科学家组成的科研小组对暗物质宇宙进行了详尽的模拟 ， 并得出了一些令人惊讶的结果 。
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南极洲的IceCube中微子探测器已经开始搜寻WIMPs
Credit: IceCube Collaboration/NSF
要知道 ， 任何暗物质宇宙模拟的准确性都取决于模拟对暗物质所做的假设 。 在这里 ， 研究小组假设暗物质由质量约为质子100倍的弱相互作用大质量粒子（WIMP）组成 。 WIMP是较流行的暗物质理论之一 。 尽管以前已经有科学家完成过类似的WIMP暗物质计算机模拟 ， 但像此次可以模拟30个数量级范围内的特征的高分辨率模拟仍是非常前沿的 。
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不同模拟尺度下的暗物质密度图
Credit: Nature
在此模拟中 ， 正如我们观察到的那样 ， 暗物质形成于星系周围的晕中 。 但有趣的是 ， 模拟发现晕还具有质量尺度上的普遍性 。 从小的行星状晕到银河晕 ， 再到围绕星系簇形成的巨大晕 ， 这些光环都具有相似的结构：它们在中心处最密集 ， 在边缘处更加分散 。 这种在各个尺度都会发生的现象成为了暗物质的显著特征 。
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模拟显示了在不同尺度下都能发现暗物质晕
Credit: J. Wang; S. Bose/Center for Astrophysics
有些晕因为质量实在太小 ， 我们无法通过它们对光的引力影响来发现它们 ， 但这些晕可以告诉我们暗物质是如何与自身相互作用的 。 有一种关于暗物质的猜想是 ， 当暗物质粒子碰撞时 ， 它们会发出伽马射线 。 一些伽马射线的观测结果已经暗示了来自银河系中心过量的伽马射线可能是由暗物质引起的 。
在本文提到的模型中 ， 暗物质产生的大多数伽马辐射都来自于规模较小的晕 。 由于晕的规模会影响伽马射线的能谱 ， 该模型对银河系及其他星系中我们能多看到的伽马射线做出了具体的预测 。
直到科技发达的今天 ， 暗物质仍然是现代天文学中最大的谜团之一 。 尽管我们希望能直接检测到它 ， 但在技术条件达到之前 ， 计算机模拟是一种能帮助我们更好了解暗物质的理想方式 。
【暗物质|看不见摸不着？最新计算机模拟带你“窥见”暗物质容颜】来源：牧夫天文
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