宇宙暗物质(宇宙暗物质最详细的地图揭示了物理对抗宇宙空洞)

宇宙暗物质

天文学家绘制了迄今为止最全面的宇宙暗物质地图。

考虑到暗物质是不可见的,这绝非易事。不过,科学家们知道这种普通物质的暗表亲存在,因为它强大的引力可以将整个星系拉到一起。

根据对其影响的观察,天文学家估计暗物质占宇宙的四分之一。

新地图是来自七个国家的 400 名科学家多年工作的产物,称为暗能量调查 (DES)。

他们将智利的 Victor M. Blanco 望远镜指向天空,以窥视数百万被暗物质束缚在一起的星系。这些星系的分布,以及它们发出的光到达地球的方式,可以让天文学家了解这些星系和我们的星球之间有多少暗物质。

在本周发表的一系列研究中,该团队表明,宇宙中到处都是巨大的星系团聚集在一起——暗物质也密集地聚集在这些区域。

但是他们的地图覆盖了从地球上看到的大约八分之一的天空,也记录了宇宙中几乎没有暗物质和星系的部分。

这些杂乱而空旷的区域似乎是由宇宙网中的星际气体连接起来的。

“它向我们展示了我们以前从未见过的宇宙新部分。我们真的可以看到这个宇宙网结构,包括这些被称为宇宙空洞的巨大结构,它们是宇宙中密度非常低的区域,那里只有很少的星系更重要的是,”伦敦大学学院的宇宙学家尼尔杰弗里告诉卫报。

下图显示了新地图的一部分;空隙是黑色的,而星系团是亮橙色的。

暗能量调查暗物质地图的放大视图,白色箭头指向黑点,箭头上方有“宇宙空洞”字样
暗能量调查的暗物质图的放大视图。 (暗能量调查合作)

根据杰弗里的说法,新发现表明重力在这些空隙中的作用方式可能与在地球上不同,这意味着标准物理定律不适用。

来自 2.26 亿个星系的光
虽然暗物质是不可观测的,但它对宇宙中其他事物施加的力有助于科学家们探测到它。

暗物质使从其他星系射向地球的光弯曲,有点像万花筒。因此,通过测量这种扭曲的强度,天文学家可以计算出我们和另一个星系之间有多少暗物质,以及这些暗物质混在一起的程度。

如果一个星系的光非常扭曲,则表明遮挡它的看不见的暗物质密集地聚集在一起。
DES 暗物质图(紫色)叠加在银河系的图像上。
(暗能量调查合作)
上图:叠加在银河系图像上的 DES 暗物质图(紫色)。

因此,杰弗里和他的团队研究了来自附近和数十亿英里外超过 2.26 亿个星系的光是如何被扭曲的。

他们使用望远镜在 2013 年至 2016 年间的 345 个夜晚捕捉这些星系的图像,然后依靠人工智能程序将这些观察结果转化为暗物质的详细地图。

该团队在 2019 年调查结束前的另外 413 个晚上收集了数据,因此 DES 科学家计划利用他们的其余观察创建更大、更详细的暗物质图。

该地图表明爱因斯坦可能错了
根据阿尔伯特·爱因斯坦的相对论,在大约 130 亿年前的大爆炸之后,引力应该使宇宙中的大块物质以可预测的方式聚集在一起。

但是根据杰弗里的说法,DES 地图表明爱因斯坦的理论可能在某种程度上没有达到目标。

杰弗里告诉卫报:“如果你看向宇宙,事情并不像预期的那样结块——有迹象表明它更平滑。”

“这似乎是一件相对较小的事情,”他补充说,“但如果这些暗示是真的,那么这可能意味着爱因斯坦的广义相对论存在问题,广义相对论是物理学的重要支柱之一。”

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