暗物质与宇宙团块之间的新联系

他们的研究发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上，在这两个长期存在的天文学问题之间建立了新的联系，为理解宇宙开辟了新的可能性。

研究表明，“团块问题”集中在整个宇宙大范围内物质出乎意料地均匀分布，这可能表明暗物质是由假设的超轻粒子(称为轴子)组成的。

证明难以探测的轴子存在的意义不仅限于理解暗物质，还可以解决有关宇宙本身本质的基本问题。

“如果通过未来的望远镜观测和实验室实验得到证实，发现轴子暗物质将是本世纪最重要的发现之一，”主要作者凯尔·罗杰斯(KeirRogers)说，他是文学院邓拉普天文学与天体物理学研究所的邓拉普研究员。科学。

“与此同时，我们的结果提出了为什么宇宙没有我们想象的那么块状的解释——这一观察在过去十年左右的时间里变得越来越清晰，目前使我们的宇宙理论变得不确定。”

暗物质占宇宙质量的85%，是不可见的，因为它不与光相互作用。科学家研究其对可见物质的引力影响，以了解它在宇宙中的分布情况。

一种主要理论认为，暗物质是由轴子组成的，由于轴子的波状行为，轴子在量子力学中被描述为“模糊”。与离散的点状粒子不同，轴子的波长可以大于整个星系。这种模糊性会影响暗物质的形成和分布，这可能解释了为什么在没有轴子的宇宙中，宇宙的密度没有预测的那么大。

在大型星系调查中已经观察到这种缺乏团块的现象，这对另一种流行的理论提出了挑战，即暗物质仅由重的、相互作用较弱的亚原子粒子(称为WIMP)组成。尽管进行了大型强子对撞机等实验，但尚未发现支持弱相互作用粒子存在的证据。

“在科学上，只有当想法被打破时，才会产生新的发现，解决古老的问题，”罗杰斯说。

在这项研究中，由罗杰斯领导的研究小组，包括邓拉普研究所副教授RenéeHložek研究小组的成员，以及来自宾夕法尼亚大学、高等研究院、哥伦比亚大学和伦敦国王学院的成员-分析了从之前的望远镜调查中获得的大爆炸遗迹光(称为宇宙微波背景(CMB))的观测结果。

研究人员将这些宇宙微波背景数据与来自重子振荡光谱巡天(BOSS)的星系聚类数据进行了比较，后者绘制了附近宇宙中大约一百万个星系的位置。

通过研究星系的分布(反映了暗物质在引力作用下的行为)，他们测量了整个宇宙物质数量的波动，并证实与预测相比，其聚集度有所降低。

研究人员随后进行了计算机模拟，以预测遗迹光的出现以及具有长暗物质波的宇宙中星系的分布。这些计算与大爆炸的CMB数据和星系聚类数据一致，支持模糊轴子可以解释团块问题的观点。

未来的研究将涉及大规模调查，绘制数百万个星系的地图，并提供团块的精确测量，包括鲁宾天文台未来十年的观测。

研究人员希望将他们的理论与通过引力透镜对暗物质的直接观察进行比较——引力透镜是一种通过暗物质团块对来自遥远星系的光线的弯曲程度来测量的效应，类似于一个巨大的放大镜。他们还计划研究星系如何将气体排出到太空以及这如何影响暗物质分布，以进一步证实他们的结果。

了解暗物质的本质是最紧迫的基本问题之一，也是了解宇宙起源和未来的关键。

目前，科学家们还没有一个理论能够同时解释引力和量子力学——万有理论。过去几十年来最流行的万物理论是弦理论，它提出了量子水平以下的另一个层次，其中一切都是由类似弦的能量激发组成的。

根据罗杰斯的说法，检测到模糊轴子粒子可能暗示一切弦理论是正确的。

罗杰斯说：“我们现在拥有的工具可以让我们最终通过实验了解暗物质这个百年之谜，甚至在未来十年左右的时间里，这可以为我们提供有关更大理论问题答案的线索。”。

“希望宇宙中令人费解的元素是可以解决的。”