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                  我国学者利用超级计算机全尺度解析暗物质晕内部结构

                  日期 2020-09-17   来源:数理科学部   作者:刘强 王杰  【 】   【打印】   【关闭

                  图.“超级放大”宇宙模拟里暗物质密度分布示意图(图中展示的☉是其中的两次放大过程,背景图片里宇宙网格里的节点则是质量为太↑阳质量的星系团,即 太阳质量,而左下角里第二张放大的图里最小的结构体则为 太阳质量的地球大小的暗晕,其质量跨∑ 越约20个等级)

                    在国家自然科★学基金项目(批准号:11988101、11373029、11873051、11851301)等资助下,中国科学院国家天文△台王杰研究员、高亮研究〖员与英国杜伦大学、德国马普天体物理所和美国哈佛大学的同行合作,利用中国和欧洲的超级计算机,首次获得了宇宙中【从最小的类似地球质量大小到具有最大质量的超级星系团(跨越20个数量级)的暗晕内部结构的清晰图像。相关成果以“20个质量☆量级上暗物质晕的相似结构(Universal structure of dark matter haloes over a mass range of 20 orders of magnitude)”为题,于2020年9月3日在线发表在《自然》(Nature)期刊上,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2642-9。

                    宇宙中约85%的物质成分是暗物质,其物质属性和组成恒星、行星等普通物质截然不同。气体通过冷却、聚集于暗物质团块——暗物质晕的中心,从而形成璀璨的星系。天文学家可以通过大质量暗晕内部星◣系和气体的性质来推测其结构。但对于不能形成星系的小质量暗晕,一直以来没有任何手段去了解它们。它们在整个宇宙演化历史里一直保持“黑暗”。它们数量极多,人类却对其知之甚少。根据目前流行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。

                    该团队耗时5年,开发、测试模拟程序并运行了一系列超级放大宇宙模拟,质量放大倍数∮范围跨越10到30个数量级。这些超大放大模拟使得该团队详尽研究了从地球到超∮级星系团质量暗晕的形成、演化以及内部结构。令人惊叹的是,他们发现所有质量的暗晕均具有极为相似的内部结构——中心致密、往外逐渐稀疏、有大量的更小的暗物质团块在其相对较外的空间环绕。若不留意标度尺,则几乎无法在图像上区分一个巨大≡的星系团暗晕和一个只是一部分太阳质量的超微▲暗晕。

                    该工作将为验证暗物质本质的一个假设——暗物质并不是“完全”的暗——提供可能:根据目前的一些理论推测,大量的暗物质粒子会在致密的暗晕中心相互碰撞,从而湮灭产生伽马辐射能爆,这些超级模拟可以预测来自不同质量暗晕的伽玛辐射的强度,大部分辐射来自于那些因为太小而不能形成恒星的∩小质量暗晕,未来的伽马射线观测极可能捕捉到这些辐射信号,从而让我们一窥这些宇宙中的“超级小矮人”的“真容”。