【長得好像微血管】佔了宇宙總物質 85% 的暗物質,科學家模擬結構圖給你看!

模擬出的暗物質暈互相串聯,光暈中心組成最密集、越邊緣就越分散。(圖片來源:J. Wang, S. Bose/CfA)

【我們為什麼編譯這篇文章】許多科學家認為, 宇宙的組成並非只有我們所見到的行星、恆星,其實還有一大部分是由我們看不見的「暗物質」所組成,那暗物質到底長什麼樣呢?(責任編輯:賴佩萱)

暗物質到底是什麼?目前仍是一個謎,因為人類目前為止還無法用最新的科技證實暗物質的存在,儘管暗物質被認為佔了宇宙總物質的 85%,但它因為不像行星、恆星般會與光互相作用,目前僅能透過其重力影響間接推測有暗物質的存在。

首張暗物質模擬圖出爐!由無數暗物質暈相互串連而成

為了一探暗物質的奧秘,哈佛史密松天體物理中心(Smithsonian Astrophysical Observatory)的研究團隊,首次透過模擬視覺化出宇宙的組成,其中就包含了暗物質可能會長得樣子,團隊將這個視覺化的結果透過宇宙網(The Cosmic Web)結構呈現,模擬出暗物質在宇宙中以光暈的方式,透過像是微血管絲線般互相連結串起而成。

研究學者認為,氣體會沿著細絲通道進入暗物質暈的中心,並在中心匯集起來,最終形成恆星與星系,而暗物質的互相串連,可想像成汽車能透過高速公路到各個城市一樣。

暗物質暈質量差距大,卻都有相似結構與特性

因為沒有人確定暗物質是由什麼構成的,團隊採用了目前主流的暗物質理論來建立起模擬模型:暗物質是由大質量弱相互作用粒子(WIMP)組成,而這種 WIMP 粒子是普通質子質量的 100 倍。

研究結果除了得出這份可視化的宇宙網圖外,團隊也發現,暗物質是由相似的暗物質暈連結、組織而成,而且無論大小都具有相似的特性與結構,在暗物質暈的中心處組成最密集、越邊緣就越分散。

研究作者 Sownak Bose 透露,雖然這些暗物質暈可能成形於不同的宇宙時期,並透過不同的過程形成,不過它們都循著一套可預測、通用的方式在運作著,儘管暗物質的尺寸範圍很大,暗物質暈的組成還是非常具有一致性。

WIMP 粒子碰撞產生 γ 射線 找出小型暗物質暈形成

這次的研究著重在小型的暗物質暗物質暈上,因為研究人員可以透過間接觀察星系的周圍來了解大型暗物質暈,但是要觀察小型暗物質暈需要透過偵測 WIMP 粒子碰撞時產生的能量,這個過程稱為暗物質煙滅(dark-matter annihilation)。

當 WIMP 粒子在暗物質暈的中心發生碰撞時,會產生伽馬(γ)射線,而 Bose 也透露,暗物質煙滅作用是我們唯一可以辨認出小型暗物質暗物質暈的方法,或許在未來可以使用伽馬射線望遠鏡發現到暗物質,而研究團隊也希望這次的新發現,可以幫助激起更多關於暗物質暗物質暈如何形成與相互作用的研究。

參考資料

Business Insider

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:J. Wang, S. Bose/CfA)


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