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真相大白,宇宙暗网到底有多黑?

牧夫天文  · 公众号  · 科学  · 2020-02-22 07:00

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文章来源:Live Science

原作:Paul Sutter

翻译:Liufeng

校对:DAIKIN

排版:况宇庭

后台:库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接:

https://www.livescience.com/dark-matter-filaments-mapped.html

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也许你并不知道,我们的宇宙是靠一张暗网才得以维系的。现在,我们终于可以看到它了。



我们的宇宙中密布着一个巨大而无形的暗网,它的卷须在太空中蜿蜒交错。尽管这个暗网把我们在太空中看到的物质安排得明明白白,但我们却看不见它。那是因为,它是由暗物质组成的。暗物质能够产生引力,但它却是透明的并且也不会发光。


就在最近,宇宙中这一最黑暗角落的图景,终于被研究人员首次描绘了出来。 




暗网起源




很久以前,宇宙比现在更热,更小,更稠密。因此总的来说,它也更无聊。各处的密度变化不大,当然空间整体上更加局促。在年轻的宇宙中,无论你走到哪里,情况几乎都是一样的。


但是早期的宇宙在密度上仍然存在微小的随机差异。有些团块的引力比周围的引力略强,因此物质就会“流”入其中。这又让它们产生了更大的引力,吸引了更多的物质,使它们变得更大更重。如此一来,历经上百亿年,团块之间的空间被逐渐排空。


在整个宇宙的演化过程中,富人越来越富,穷人越来越穷。最终,稠密的团块成长为第一批恒星、星系和星团,而它们之间的空间则变成了巨大的宇宙空洞。


如今,这个庞大的“建筑项目”已耗时138亿年,但并未完工。仍有物质从空洞中“流”出,加入星系群。而这些星系群则汇聚成为物质富集的星团。今天,我们拥有的是一个庞大而复杂的物质细丝结构的网络:宇宙网。





黑暗之光




我们宇宙中的绝大多数物质都是暗物质。但暗物质不会与光或任何“正常的”物质发生相互作用,包括恒星、气体云或者任何你认为有趣的物质。因此宇宙暗网的绝大部分对我们而言都不可见。不过幸运的是,在暗物质聚集的地方,还夹带有一些普通物质。


在物质稠密区域里,暗物质的微妙引力吸引了足够多的物质向其聚结。在那里我们便看到了光,也就是普通物质转化而成的繁星。


就像黑夜里遥远海岸上的灯塔一样,恒星和星系告诉我们隐藏的暗物质潜伏在哪里,并以鬼魅般的笔触为我们描绘了宇宙暗网的真实结构。


通过这种间接的方式,我们可以轻松地看到这些巨大的宇宙结构。它们像从夜航飞机上看到的巨型城市一样璀璨醒目。我们确信这些结构中存在大量暗物质,因为只有巨大的引力才能将如此之多的星系聚集在一起。


另一方面,我们可以轻松地发现图景中的空洞,那里没有任何物质。因为没有星系照亮这些空间,所以它们大体上算是真空的。


但是宇宙暗网的宏伟之处在于细腻的细丝纹路。这些细长的星系绵延数百万光年,就像一条巨大的宇宙高速公路,穿越黑色的空洞,连接着明亮的城市群。





初露峥嵘




宇宙暗网中的那些细丝是最难研究的部分。那里有一些星系,但不是很多。这些细丝或长或短,并且朝着不同的方向。相比之下,研究星团和空洞简直就像是做中学几何题一样简单。尽管通过计算机模拟,我们早在数十年前就已知道了细丝结构的存在,但还是无法真正地看到它们。


不过最近,一组天文学家在宇宙暗网的测绘上取得了重大进展,其结果于1月29日发布到arXiv数据库中。论文编号2001.10943,第一作者Tianyi Yang是滑铁卢大学天文系的硕士研究生。他们的做法是:


首先,他们从重子振荡光谱调查(BOSS)项目中获得了一个被称为发光红色星系(LRG)的星表。LRG是星系里的重型巨兽,它们一般会坐落在密集的暗物质斑点中心。如果LRG位于最密集的区域,则连接它们的线应由更为纤细的细丝组成。


但是光盯着两个LRG之间的空间是没有用的,那里并没有什么东西。因此,该团队采用了数千对LRG,对其进行了重新排列,然后将它们堆叠在一起以形成合成图像。


科学家利用这张堆叠的图像计算了他们所能看到的所有星系,并将它们的总发光量加起来。这样,研究人员能够测量LRG之间的细丝组成了多少普通物质。接下来,研究人员研究了细丝后面的星系,特别是它们的形状。


当这些背景星系发出的光穿过中间的细丝时,这些细丝中暗物质的引力会轻微地改变光线的方向,从而使这些星系的图像发生了微小的偏移。通过测量偏移量(科学家称其为“剪切”),该团队得以估算出细丝中的暗物质含量。


该测量结果符合理论预测,这也是暗物质存在的又一证据。科学家们还证实,这些细丝并不是完全黑暗的:细丝中每351个太阳的质量值,就会有1个太阳的光输出值。 



这个关于宇宙暗网细丝的测绘目前还有些粗略,但却是开创性的。并且它明确展示了,尽管宇宙暗网大多是黑暗的,但并非是100%纯黑。 所以,你要问宇宙暗网到底有多黑?我可以明确告诉你答案,那就是,很黑。



本期的读者互动是,我们的公众号已经连续两天介绍了暗物质,那您觉得暗物质会不会像以前的以太和燃素那样,可能根本就不存在(所谓的暗物质粒子)呢?



责任编辑:鄢淑澜

牧夫新媒体编辑部

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