暗物质。

快乐探险家

Dec 23, 2021

科学之谜！天体物理学家发现了暗物质的“桥梁”。这是什么？

开始：

天文学和宇宙学以及理论物理学中的暗物质是一种不参与电磁相互作用的物质形式，因此无法直接观察。它大约是宇宙质量能量的四分之一，并且仅在引力相互作用中表现出来。

引入暗物质的概念，从理论上解释星系外围区域异常高转速和引力透镜效应（它们涉及质量远大于普通可见物质质量的物质）影响下的隐藏质量问题；其中，它是最令人满意的。

暗物质的组成和性质目前尚不清楚。在普遍接受的宇宙学模型框架内，冷暗物质模型被认为是最有可能的。最有可能扮演暗物质粒子角色的候选者是 WIMP。尽管进行了积极的搜索，但尚未通过实验发现它们。

关于暗物质图

最近，已经使用人工智能 (AI) 创建了暗物质图。这张详细的地图显示了以前未发现的连接星系的丝状结构。人工智能的进步正在帮助科学家们，他们正在使用它来创建另一张暗物质图，这次是在一个覆盖更小的区域的本地宇宙中。

同样有趣的是，创建如此极其精确的地图可以导致对暗物质的新理解，并最终使我们宇宙的未来变得清晰。该地图包含连接星系的先前未知的“隐藏桥”，并且还显示了先前未知的“桥”，因为本地宇宙中的所有星系都连接成一个网络。科学家们希望他们的地图连同他们在科学期刊《天体物理学》上发表的文章能够提供对暗物质和我们宇宙历史的新见解。

文章链接：https://iopscience.iop.org/

暗物质骨架

一种神秘物质的存在，占宇宙所有物质的 85% 左右，但今天尚未得到证实。与此同时，越来越多的科学家怀疑暗物质确实存在。这种情况可以与阿尔伯特爱因斯坦预测的引力波相比，但它们是在几年前被发现的。

关于 A. 爱因斯坦:

阿尔伯特·爱因斯坦是一位传奇的物理学家，是 20 世纪科学的灯塔。他负责创立了广义相对论和狭义相对论，并为物理学其他领域的发展做出了强有力的贡献。广义相对论构成了现代物理学的基础，将空间与时间结合起来，描述了几乎所有可见的宇宙学现象，包括承认存在虫洞、黑洞和时空结构的可能性。这位革命物理学家用他的想象力，而不是复杂的数学，想出了他最著名、最优雅的方程式。

暗物质存在的历史始于106年前广义相对论（GR）发表后。不久之后，天文学家埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 发现星系正以越来越快的速度远离地球（以及彼此远离）。在接下来的几十年里，尼尔斯·玻尔、马克斯·普朗克、路易斯·德布罗意、维尔纳·海森堡等杰出的思想家致力于创造量子理论。

同届大会： V Solvay Congress (1927)：第一排（从左到右）：Irving Langmuir、Max Planck、Marie Curie、Hendrik Lorenz、Albert Einstein、Paul Langevin、Charles Guy、Charles Wilson、Owen Richardson。第二排（从左到右）：Peter Debye、Martin Knudsen、William Bragg、Hendrik Kramers、Paul Dirac、Arthur Compton、Louis de Broglie、Max Born、Niels Bohr。站立（从左到右）：奥古斯特·皮卡德、埃米尔·亨里奥、保罗·埃伦费斯特、爱德华·赫尔岑、泰奥菲勒·德·唐德、埃尔文·薛定谔、儒勒·埃米尔·弗沙费尔特、沃尔夫冈·泡利、维尔纳·海森堡、拉尔夫·福勒、里昂·布里渊。

虽然不可能直接观察暗物质，但由于它不与光子发生电磁相互作用，所以它是一个普遍接受的概念。科学家们通过观察暗物质对其他空间物体的引力影响，对暗物质的存在和行为做出了许多结论。

宇宙学家认为，暗物质作为宇宙网的丝状骨架，反过来又构成了宇宙的大尺度结构，部分控制着星系和其他宇宙系统的运动。

另一个艰巨的任务是直接测量我们当地宇宙中暗物质的分布，因此在工作过程中，天体物理学家使用人工智能创建了一张新地图。

我们也进入的“本地宇宙”是一个半径约 10 亿光年的区域，在那里星系和相关的空间物体“基本上冻结在它们目前的配置中”，宇宙演化的影响可以忽略不计，天文学家解释。

作为科学著作的作者之一、宾夕法尼亚大学天文学和天体物理学助理教授钟东辉告诉 Big Think，研究最遥远物体中暗物质的分布要容易得多，因为这些物体准确反映了我们宇宙非常遥远的过去。

研究作者写道：“随着时间的推移，随着宇宙大尺度结构的增长，宇宙的复杂性也增加了，因此在局部测量暗物质本身就更加困难。”

在上图中，较小的线状物体（黄色）充当星系之间的隐藏桥梁。暗物质对星系的引力影响用黑点表示。宇宙的特征用红点表示，十字标记银河系。

新的暗物质地图

因此，之前创建的空间网络地图是基于模拟 138 亿年前宇宙的演化。这些努力需要大量的计算，实际上并没有提供局部宇宙的准确概念，这促使研究人员开发一种新方法。

对于新地图，他们专注于使用机器学习来创建基于星系分布和运动的模型。这使他们能够评估暗物质的分布方式。

人工智能已经过训练，可以使用 Illustris-TNG 模拟类似于银河系的星系，这是一个正在进行的以星系、暗物质、气体和其他物质为特色的模拟系列。正如科学论文的作者向记者解释的那样，如果你在模型中输入特定的信息，它可以依靠已经处理过的数据来填补空白。科学家们还通过将其应用于 Cosmicflows-3 目录中星系的真实本地数据来证实该映射，其中包含有关近 18,000 个星系距离的信息。

链接：https://phys.org/

隐藏的桥梁:

研究人员获得的地图令人惊叹。试想一下，我们第一次可以考虑本地宇宙的基本结构，包括银河系。天体物理学家还描述了附近的星系和“局部空洞”——附近的空地区域。此外，该地图使科学家能够发现新的结构。