近日，國際頂級科學期刊《自然》發布了國家天文台王傑研究員領銜的國際研究團隊一項重要理論發現。他們(men) 利用超級計算機，采用一項全新多重放大模擬技術，在當前標準宇宙學模型下，首次獲得宇宙中從(cong) 最小的類似地球質量大小，到具有最大質量超級星係團的暗暈內(nei) 部結構清晰圖像。

       宇宙中，約85%的物質成分是暗物質，其物質屬性與(yu) 組成恒星、行星以及人類世界的普通物質截然不同。這些暗物質受引力塌縮形成的結構體(ti) ，被稱為(wei) 暗暈。普通物質的氣體(ti) 通過冷卻、聚集於(yu) 暗暈中心，從(cong) 而形成璀璨的恒星、星係以及整個(ge) 光明的世界。

       宇宙中，最大質量暗暈是包含數百個(ge) 亮星係的巨型星係團，其質量約為(wei) 太陽的百萬(wan) 億(yi) 倍，屬性已被天文學家廣泛研究。由於(yu) 恒星與(yu) 星係隻能在比太陽重百萬(wan) 倍的暗暈內(nei) 形成，那些比較小的暗暈在整個(ge) 宇宙演化曆史裏，隻能一直保持“黑暗”。它們(men) 數量極多，人類卻對其知之甚少。根據目前流行的暗物質屬性模型推測，宇宙中最小暗暈質量可能與(yu) 地球相當。

       “我們(men) 隻能依賴超級計算機，通過模擬宇宙演化來研究這些黑暗的超微暗暈。”來自國家天文台的合作者高亮介紹，為(wei) 在整個(ge) 宇宙背景框架下研究隻有太陽係大小暗暈的內(nei) 部結構，科學家們(men) 需要開發一種全新技術。

       向著未知出發，來自中國、德國、英國與(yu) 美國的國際研究團隊耗時5年，開發、測試模擬程序，並運行了一係列超級放大宇宙模擬，最終使得質量放大倍數跨越30個(ge) 數量級，即一百萬(wan) 億(yi) 億(yi) 億(yi) 倍。

       這一數字意味著什麽(me) ？“在宇宙中一個(ge) 典型區域進行的這一超級放大模擬，需要利用8個(ge) ‘放大鏡’接力放大。其放大程度相當於(yu) 在一張月表圖片上找到一隻跳蚤。”來自杜倫(lun) 大學的共同作者卡洛斯·弗蘭(lan) 克教授說，僅(jin) 這一點，就對科學家模擬原初條件的程序精確度與(yu) 可靠度提出了巨大挑戰。“這一挑戰是我們(men) 整個(ge) 研究領域都從(cong) 未遇到過的。”卡洛斯·弗蘭(lan) 克表示。

       守得雲(yun) 開見月明。通過這些超級放大的模擬，研究團隊最終得以可靠並詳盡地研究從(cong) 地球到超級星係團質量暗暈的形成、演化以及內(nei) 部結構。

       “人們(men) 一直猜測，那些小暗暈應該與(yu) 熟悉的超大暗暈內(nei) 部結構不一樣。”但令王傑等人驚歎的是，他們(men) 發現所有質量暗暈均具有極為(wei) 相似的內(nei) 部結構——中心致密，往外逐漸稀疏，大量更小的暗物質團塊在相對較外的空間環繞。

       “如果不知道比例尺，在圖像上很難區分一個(ge) 巨大星係團暗暈與(yu) 一個(ge) 隻有地球質量大小的超微暗暈。”王傑說。

       這些對小質量暗暈內(nei) 部結構的認識，將讓天文學家們(men) 可以利用各種工具去探測它們(men) ，比如引力透鏡、動力學與(yu) 伽馬輻射爆的監測等。根據目前一些理論推測，大量暗物質粒子會(hui) 在致密的暗暈中心相互碰撞，從(cong) 而湮滅產(chan) 生伽馬輻射爆。

       “我們(men) 的結果預測很大一部分輻射來自於(yu) 那些因為(wei) 太小而不能形成恒星的超微暗暈。”來自德國馬普天體(ti) 物理所的合作者西蒙·懷特教授認為(wei) ，“未來，伽馬射線觀測極可能捕捉到這些輻射信號，從(cong) 而讓我們(men) 一窺這些宇宙中‘超級小矮人’的‘真容’。這將幫助我們(men) 驗證關(guan) 於(yu) 暗物質本質的假設——暗物質可能並非‘完全’是黑暗的。”（沈 慧）

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【深圳科普月】，了解更多科普月活動詳情