焦点

天文科普:甚么是暗物质?它是冷的、温的、照样热的?

时间:2010-12-5 17:23:32  作者:热点   来源:综合  查看:  评论:0
内容摘要:版权回原作者全部,如有侵权,请接洽我们图片蓝色局部为料到的暗物质散布图片来源:ESA/Hubble)暗物质看不见、摸不着、而今只存在于实际中,但是迷信家却已为候选的暗物质粒子按冷、温、热分好了类。他们 老爸教孩子健身操简单慢动作健身操分解动作

版权回原作者全部,天文如有侵权,科普请接洽我们

图片蓝色局部为料到的甚暗暗物质散布(图片来源:ESA/Hubble)

暗物质看不见、摸不着、物质温而今只存在于实际中,照样但是天文老爸教孩子健身操迷信家却已为候选的暗物质粒子按冷、温、科普热分好了类。甚暗他们的物质温分类规范是甚么?不合类其他暗物质,在构建宇宙的照样进程中起了甚么感染?我们又该若何寻觅它们的踪迹?

半个世纪前,天文学家薇拉·鲁宾(Vera Rubin)和肯特·福特(Kent Ford)为了解释星系的天文改动,以为大年夜量证据表示宇宙中存在一种看不见的科普物质,这类物质而今被称为“暗物质”。甚暗暗物质只经由进程引力与深刻物质发生相互感染,物质温但数量极多,照样占宇宙中全部物质的85%。


暗物质为塑造可见物质发扬了关键感染。莱州健美健身操第六套从我们的银河系到迢远星系间的气体纤维,它们的构成进程都有暗物质的介入。美国天体物理学家凯沃克·阿巴扎吉安(Kevork Abazajian)说:“我们信任暗物质存在,由于在多种规范下都有支撑它存在的证据。”

关于暗物质的形状存在很多不雅点,从行星大年夜小的物体(被称为MACHO)到单个粒子(如大年夜质量弱相互感染粒子WIMP,大年夜约质子大年夜小),甚至更小的轴子(axion)和惰性中微子,不一而足。

20世纪80年代起,迷信家将候选的暗物质粒子按冷、温、热分类。分类规范基于粒子在初期宇宙中的速度,而这又取决于粒子质量及其出身时的状况温度。轻而快的如何搜全网最热门健身操粒子被称为“热暗物质”,重而慢的粒子被称为“冷暗物质”,“温暗物质”则介于二者之间。在这一规范下,WIMP是冷暗物质,惰性中微子是温暗物质,初期宇宙残留的中微子是热暗物质。(轴子是一个特例,它既轻又极冷。我们稍后细说。)

为甚么迷信家如此看重粒子的速度呢?阿巴扎吉安说:“轻而快的暗物质粒子可以在相同时辰内走得更远,抹平沿途存在的任何结构。”相反,慢而冷的暗物质则有助于构建结构。依据我们现有的学问,慢而冷的暗物质一定是宇宙构成成分之一。

修建星系

迷信家对每种候选暗物质粒子的平四广场舞减肥健身操构成时辰和构成方法还没有有定论。他们独一一定的是,暗物质在宇宙大年夜爆炸后大年夜约75 000年就已存在了。“从事先起,‘物质’超出‘辐射’成为宇宙的主宰,像‘种子’一样的微小的物质结构末尾构成,”美国斯坦福大年夜学(Stanford University)实际物理学家彼得·格雷厄姆(Peter Graham)说。

重生宇宙是一锅炎热而致密的“宇宙汤”,个中粒子碰撞,发生了大年夜多半类型的暗物质粒子。这与大年夜型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)中,高能粒子碰撞发生新粒子的进程大年夜致相同。毕竟上,暗物质能够存在多种类型。跟着宇宙的收缩和冷却,暗物质粒子最终变为冷暗物质、鬼步教学慢动作健身操温暗物质、热暗物质。

当暗物质在宇宙中自在“活动”时,每种类型的暗物质都邑对沿途的物质结构发生共同影响。“迷信家描画暗物质在宇宙中自在‘活动’,这个术语有点误导人。”阿巴扎吉安说,“由于顺着河水活动的树叶都朝着同一个倾向提高,但活动的暗物质却无处不在,向临近八方散布。” 它们有的促进物质的聚积度、从而促进星系的构成,有的阻拦星系的构成。

冷暗物质可以促进物质聚积,比如WIMP。由于它们的移动速度充沛慢,可以也许会聚在一路构成引力井,从而捕捉临近的物质,使物质聚积。

而热暗物质则会“分离”聚积的物质,由于它们的移动速度如此之快,以致于可以无视引力井的接纳。意大年夜利博洛尼亚大年夜学(University of Bologna)实际物理学家西尔维娅·帕斯科利(Silvia Pascoli)说:“假设宇宙中只要热暗物质,那末微小的物质结构‘种子’就弗成能生长为更大年夜的结构。”是以迷信家以为,热暗物质粒子只占暗物质的一小局部,如宇宙初期遗留的中微子。但作为而今独一一定的暗物质,这类中微子也对宇宙的退化发生了重要的影响。

你可以把温暗物质视为最好的暗物质,它们可以让宇宙充满适可而止的物质结构。惰性中微子是温暗物质的首选粒子,在实际上它可以占暗物质的尽大年夜多半。

阿巴扎吉安研讨了初期宇宙中特定类型的中微子振荡若何发生惰性中微子暗物质,他说:“但是大年夜局部参数空间(能够存在的前提集)已被断根了。虽然一样的振荡明天能够还在发生,但一样深刻的中微子在真空中经由进程规范振荡转化为惰性中微子的概率极低,估量在10万分之一到100万亿分之一之间。”

“你必需运用特别很是好的计数机制,才干在100万亿次撞击中不漏掉一次惰性中微子的撞击。”阿巴扎吉安说。也就是说,也有一些实验正在检验检验不依靠撞击发生惰性中微子方法。

轴子与其他候选暗物质粒子不合,它们特别很是轻、特别很是冷。轴子的质量轻到可以用波来描画它,轴子场可以传达几公里。轴子与其他物质的耦合很弱,以致于在初期宇宙粒子跋扈狂碰撞的热“汤”中,几近也不会发生任何轴子。

“轴子的发生方法与其他的候选暗物质粒子天差地别。虽然事先的宇宙特别很是热,但轴子在出身时就特别很是冷,并将永远坚持冷的状况。” 格雷厄姆说,“轴子的温度接近尽对零度,而在这个温度下几近全部的活动都遏制了。所以实质上轴子是不活动的。它们像是幽魂般的液体,而其他的一切都在个中活动。”

寻觅各类各样的暗物质

局部迷信家以为,想要解释我们在宇宙中看到的全部事物,需要不止一种类型的暗物质。虽然在过往的几年里,旨在检测WIMP和发生暗物质粒子的LHC碰撞实验全都无果而终,但搜索暗物质的研讨仍未停歇。科技的提高带来了很多奇异的实验方法,也许能让我们发明更轻、更奇异的暗物质粒子。

局部寻觅暗物质的实验,运用了暗物质在制造物质结构的进程中起到的感染。

加州大年夜学欧文分校的迷信家西蒙娜·穆尔吉亚(Simona Murgia )在美国动力部SLAC国度加快器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)停止博士后研讨时,她率领的研讨团队曾用费米伽马射线太空看远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope)寻觅WMIP与其反粒子之间的碰撞现象。

而今她地点的国际迷信家团队,将在智利的维拉·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)运用世界上最大年夜的数码相机,对南部天空停止大年夜范围的研讨。这项研讨的方针之一,是不雅察可见星系收回的光线若何被暗物质迂回,以更好地掌控暗物质的散布。

该相机将在10年间拍摄大年夜约200亿个星系的图象,迷信家盼看由此揣摸出塑造它们的暗物质的基本性质。“星系的散布越聚积,就越相符冷暗物质的实际。” 穆尔吉亚说,“我们不只想知道暗物质是不是真的存在,更想清楚暗物质毕竟是甚么。

原文链接:

https://www.symmetrymagazine.org/article/is-dark-matter-cold-warm-or-hot




迎接扫码接洽科普师长教员!

深圳科普将按期推出

公益、收费、优惠的活动和科普好物!


copyright © 2023 powered by 碧网   sitemap