是研究暗物質(zhì)的線索嗎？附近星系中發(fā)現(xiàn)存在自相互作用的神秘物質(zhì)

為啥銀河系的引力沒(méi)有讓Crater II質(zhì)量縮小且聚集在中心？新的SIDM模型受到關(guān)注！

是研究暗物質(zhì)的線索嗎？

——附近星系中發(fā)現(xiàn)存在自相互作用的神秘物質(zhì)

銀河系的衛(wèi)星星系，名為 CraterII，可能是由自相互作用的暗物質(zhì)組成。

大約有50個(gè)小星系圍繞著我們的銀河系運(yùn)行。新的研究表明：其中一個(gè)被稱(chēng)為CraterII的衛(wèi)星星系，可能由自相互作用的暗物質(zhì)粒子組成。

（圖片來(lái)源：航天局/蓋亞探測(cè)器/DPAC）

在距離地球約38萬(wàn)光年的地方，有一個(gè)處在我們臨近的星系，也許，它能為已歷經(jīng)90年之久的暗物質(zhì)探索之旅，提供最新的研究方向——就是那種像“膠水”一般把星系包裹凝聚起來(lái)的暗物質(zhì)！

暗物質(zhì)這種東西，預(yù)估能占宇宙總物質(zhì)的80%以上，卻從未被人類(lèi)直接真實(shí)的探測(cè)到過(guò)。

科學(xué)家們表示：這個(gè)名為Crater II的衛(wèi)星星系,可能由自相互作用暗物質(zhì)（SIDM）組成，尚屬于一種假想的暗物質(zhì)?？茖W(xué)家們推測(cè)其內(nèi)部粒子，會(huì)在一種迄今為止未知的、超越引力的力量下，自身相互碰撞作用。這種假說(shuō)，近年來(lái)，替代了舊有的“冷”暗物質(zhì)理論，成為科學(xué)界的新關(guān)注點(diǎn)。

研究合伙人、加州大學(xué)河濱分校的物理天文學(xué)教授于海波告訴Space.com：“當(dāng)我們剛開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們大致了解SIDM是如何運(yùn)作的，但不知道它是否能良好的解釋Crater II的觀測(cè)結(jié)果”。

“后來(lái)，我們對(duì)Crater II的計(jì)算機(jī)模擬表明，SIDM模型預(yù)測(cè)結(jié)果與Crater II的觀測(cè)結(jié)果，驚人的一致。而且，暗物質(zhì)自相互作用的力量強(qiáng)度比我們最初預(yù)期的都要大?！?/p>

Crater II，它是于2016年，在智利甚大望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像中被發(fā)現(xiàn)的，是銀河系的第四大衛(wèi)星星系，僅次于大小麥哲倫星系和人馬座矮橢球星系。據(jù)《新科學(xué)家》報(bào)道，如果它肉眼可見(jiàn)，其大小將是滿月的兩倍。Crater II擁有數(shù)十億顆古老的恒星，散布在6500光年的范圍內(nèi)，這樣廣闊的范圍，使得這個(gè)“虛偽的巨人”亮度非常微弱——幾乎比銀河系暗了近10萬(wàn)倍。

盡管數(shù)年來(lái)多次嘗試計(jì)算機(jī)模擬Crater II的特性，但仍然不清楚，該星系是如何形成，并保持其相對(duì)較大的尺度的。之前，天文學(xué)家們認(rèn)為：Crater II是在銀河系的引力作用下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)年代演化而來(lái)。我們的星系對(duì)其施加引力，從而拉長(zhǎng)了其外形。當(dāng)然，這種拖拽力量，也會(huì)影響它的暗物質(zhì)暈——一種包圍著Crater II的不可見(jiàn)的類(lèi)球形團(tuán)塊——以及Crater II內(nèi)部的恒星。

于海波說(shuō)：“這就類(lèi)似于：月球的引力，會(huì)導(dǎo)致地球上的海洋出現(xiàn)潮汐現(xiàn)象。對(duì)于銀河系的衛(wèi)星星系來(lái)說(shuō)，銀河系的引力，可以剝離其恒星和暗物質(zhì)，隨著漫長(zhǎng)時(shí)間的推移，逐漸減少衛(wèi)星星系的物質(zhì)總量?！?/p>

然而，最近對(duì)Crater II繞銀河系運(yùn)行軌道的測(cè)量表明，其與銀河系之間的相互作用力太弱，無(wú)法解釋觀測(cè)到的Crater II的暗物質(zhì)密度——也就是說(shuō)：暗物質(zhì)是否真的是如主流的Lambda CDM（LCDM或CDM）宇宙學(xué)模型所預(yù)測(cè)的那樣，由“冷”的無(wú)相互作用的粒子組成。科學(xué)家們說(shuō)：與銀河系的長(zhǎng)期潮汐相互作用，按理說(shuō)，應(yīng)當(dāng)使得Crater II的總質(zhì)量比觀測(cè)到的更小才對(duì)。

基于對(duì)Crater II軌道的測(cè)量，于海波和其他團(tuán)隊(duì)成員，模擬了銀河系引力導(dǎo)致的Crater II恒星和暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量損失。他們發(fā)現(xiàn)，Crater II的觀測(cè)結(jié)果，如果用自相互作用的暗物質(zhì)粒子來(lái)解釋?zhuān)徒忉尩耐恕?/p>

更關(guān)鍵的是，Crater II并沒(méi)有像LCDM模型預(yù)測(cè)的那樣：暗物質(zhì)的最高密度區(qū)域，位于其中心。而反過(guò)來(lái)，如果暗物質(zhì)確實(shí)是由自相互作用粒子組成的，那么暗物質(zhì)暈內(nèi)部的碰撞作用，可以在其粒子之間傳遞能量，“從而可能使不同區(qū)域位置的粒子，攜帶上相同的能量。”于海波說(shuō)。 該團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的文章表示：這在一定程度上解釋了，為什么Crater II的暗物質(zhì)暈，其質(zhì)量分布比較均勻。

研究人員說(shuō)：SIDM模型還預(yù)測(cè)，星系會(huì)在暗物質(zhì)暈內(nèi)膨脹，這顯然比CDM模型能更好地解釋Crater II的巨大尺度。

“我們的工作表明，SIDM模型可以很好地解釋Crater II不同尋常的特性，這對(duì)舊有的CDM模型提出了挑戰(zhàn)，”于海波說(shuō)?！爱?dāng)然，為了進(jìn)一步證實(shí)，暗物質(zhì)是否真的包含了一種新的自相互作用力，那么，我們需要觀測(cè)到更多像Crater II這樣類(lèi)似的星系，那時(shí)才能得出結(jié)論?！?/p>

BY: Sharmila Kuthunur 沙米拉·庫(kù)孫努爾

FY: 椒椒

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