衛(wèi)星星系可以幫助物理學(xué)家驗證新的暗物質(zhì)理論

暗物質(zhì)被認為約占可觀測宇宙中所有物質(zhì)的85%，但人們對這個神秘的東西知之甚少。環(huán)繞銀河系主星系運行的衛(wèi)星星系可以幫助研究人員解開現(xiàn)代科學(xué)中最大的謎團之一——暗物質(zhì)。

加州大學(xué)河濱分校的研究人員稱，一種名為“自相互作用暗物質(zhì)”(SIDM)的新理論可以解釋兩個小伴生星系——德拉科和福爾納克斯的行為。這些天體是伴隨銀河系的九個明亮的衛(wèi)星星系之一。

由加州大學(xué)河濱分校的一個研究小組進行的模擬測試了銀河系的潮汐場，類似于通過測量不同地方的地面坡度來檢測一塊土地。就像一個奔跑的孩子會受到不平坦地面的影響一樣，subhalos(暗物質(zhì)團塊)會隨著星系周圍不同位置的引力而移動。

暗物質(zhì)不發(fā)出任何光或其他輻射(因此得名)，但它的引力效應(yīng)在整個宇宙中都可以看到。如果沒有暗物質(zhì)，星系就會四散開來，星系團就不會聚集在一起。20世紀30年代，天文學(xué)家弗里茨·茲威基首次在星系之間發(fā)現(xiàn)了這種神秘的物質(zhì)，而在亞利桑那州基特峰天文臺工作的維拉·魯賓則首次在星系內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)。這個東西的本質(zhì)至今仍是個謎。

宇宙的許多特征可以用冷暗物質(zhì)模型(CDM)來解釋，包括宇宙結(jié)構(gòu)是如何形成的。然而，CDM很難解釋不同星系周圍暗物質(zhì)分布的多樣性。

“我們發(fā)現(xiàn)，SIDM可以在德拉科和天爐暈中產(chǎn)生不同的暗物質(zhì)分布，這與觀測結(jié)果一致。在SIDM中，subhalos和銀河系的潮汐之間的相互作用導(dǎo)致了在subhalos內(nèi)部區(qū)域中更加多樣化的暗物質(zhì)分布，這是與CDM相比較的。

你有資格說，如果你那么聰明，為什么不告訴我暗物質(zhì)是什么?我得承認我不知道。-天體物理學(xué)家吉姆·皮伯斯

之所以選擇Draco和Fornax作為研究對象，是因為它們非常不同。在它的9個伴星中，德拉科的內(nèi)部暗物質(zhì)濃度最高，而Fornax的濃度最低，這對伴星非常適合研究暗物質(zhì)的影響。

研究小組利用n體模擬重現(xiàn)了這些星體在我們的星系內(nèi)部復(fù)雜的重力場中繞軌道運行的路徑。

傳統(tǒng)的CDM模型認為，暗物質(zhì)粒子是無碰撞的，而暗物質(zhì)暈構(gòu)成了引力腳手架，使星系相互隔絕。

與這個模型相反，SIDM認為粒子通過一種新的暗力相互作用。在星系的內(nèi)部暈圈內(nèi)，暗物質(zhì)粒子會相互作用，這個過程被稱為暗物質(zhì)的自我作用。

研究人員在一篇發(fā)表在《物理評論快報》上的期刊文章中描述道:“與冷暗物質(zhì)相比，subhalos和銀河系的潮汐之間的相互作用導(dǎo)致內(nèi)部區(qū)域的暗物質(zhì)分布更加多樣化。”

SIDM預(yù)測，這種運動會導(dǎo)致暗物質(zhì)的核心坍縮。當暗物質(zhì)暈的內(nèi)部部分在引力的作用下崩塌時，就會產(chǎn)生一個神秘物質(zhì)密集的區(qū)域。模擬顯示，這種坍塌可能發(fā)生在正在研究的subhalos中，這與CDM模型的預(yù)測相反。

“我們的工作表明，銀河系的衛(wèi)星星系可能為不同的暗物質(zhì)理論提供重要的測試。“我們展示了暗物質(zhì)自身相互作用和潮汐相互作用之間的相互作用可以在SIDM中產(chǎn)生新的特征，這在主流的清潔發(fā)展機制理論中是不可能的，”勞拉·薩勒斯解釋道，她是加州大學(xué)濱水區(qū)分校的物理學(xué)和天文學(xué)助理教授。

對暗物質(zhì)和星系潮汐相互作用之間相互作用的檢查顯示，SIDM亞暈中的暗物質(zhì)數(shù)量可能會隨時間增加，這與預(yù)期相反。

研究人員打算將這項研究擴展到更遙遠、更暗淡、環(huán)繞銀河系的衛(wèi)星星系。

如果SIDM模型被證明是正確的，兩個奇怪的衛(wèi)星星系可能會幫助我們理解現(xiàn)代科學(xué)中最大的謎團之一。