衛(wèi)星星系可以幫助物理學家驗證新的暗物質理論

暗物質被認為約占可觀測宇宙中所有物質的85%，但人們對這個神秘的東西知之甚少。環(huán)繞銀河系主星系運行的衛(wèi)星星系可以幫助研究人員解開現(xiàn)代科學中最大的謎團之一——暗物質。

加州大學河濱分校的研究人員稱，一種名為“自相互作用暗物質”(SIDM)的新理論可以解釋兩個小伴生星系——德拉科和福爾納克斯的行為。這些天體是伴隨銀河系的九個明亮的衛(wèi)星星系之一。

由加州大學河濱分校的一個研究小組進行的模擬測試了銀河系的潮汐場，類似于通過測量不同地方的地面坡度來檢測一塊土地。就像一個奔跑的孩子會受到不平坦地面的影響一樣，subhalos(暗物質團塊)會隨著星系周圍不同位置的引力而移動。

暗物質不發(fā)出任何光或其他輻射(因此得名)，但它的引力效應在整個宇宙中都可以看到。如果沒有暗物質，星系就會四散開來，星系團就不會聚集在一起。20世紀30年代，天文學家弗里茨·茲威基首次在星系之間發(fā)現(xiàn)了這種神秘的物質，而在亞利桑那州基特峰天文臺工作的維拉·魯賓則首次在星系內部發(fā)現(xiàn)了這種物質。這個東西的本質至今仍是個謎。

宇宙的許多特征可以用冷暗物質模型(CDM)來解釋，包括宇宙結構是如何形成的。然而，CDM很難解釋不同星系周圍暗物質分布的多樣性。

“我們發(fā)現(xiàn)，SIDM可以在德拉科和天爐暈中產(chǎn)生不同的暗物質分布，這與觀測結果一致。在SIDM中，subhalos和銀河系的潮汐之間的相互作用導致了在subhalos內部區(qū)域中更加多樣化的暗物質分布，這是與CDM相比較的。

你有資格說，如果你那么聰明，為什么不告訴我暗物質是什么?我得承認我不知道。-天體物理學家吉姆·皮伯斯

之所以選擇Draco和Fornax作為研究對象，是因為它們非常不同。在它的9個伴星中，德拉科的內部暗物質濃度最高，而Fornax的濃度最低，這對伴星非常適合研究暗物質的影響。

研究小組利用n體模擬重現(xiàn)了這些星體在我們的星系內部復雜的重力場中繞軌道運行的路徑。

傳統(tǒng)的CDM模型認為，暗物質粒子是無碰撞的，而暗物質暈構成了引力腳手架，使星系相互隔絕。

與這個模型相反，SIDM認為粒子通過一種新的暗力相互作用。在星系的內部暈圈內，暗物質粒子會相互作用，這個過程被稱為暗物質的自我作用。

研究人員在一篇發(fā)表在《物理評論快報》上的期刊文章中描述道:“與冷暗物質相比，subhalos和銀河系的潮汐之間的相互作用導致內部區(qū)域的暗物質分布更加多樣化?！?/p>

SIDM預測，這種運動會導致暗物質的核心坍縮。當暗物質暈的內部部分在引力的作用下崩塌時，就會產(chǎn)生一個神秘物質密集的區(qū)域。模擬顯示，這種坍塌可能發(fā)生在正在研究的subhalos中，這與CDM模型的預測相反。

“我們的工作表明，銀河系的衛(wèi)星星系可能為不同的暗物質理論提供重要的測試?！拔覀冋故玖税滴镔|自身相互作用和潮汐相互作用之間的相互作用可以在SIDM中產(chǎn)生新的特征，這在主流的清潔發(fā)展機制理論中是不可能的，”勞拉·薩勒斯解釋道，她是加州大學濱水區(qū)分校的物理學和天文學助理教授。

對暗物質和星系潮汐相互作用之間相互作用的檢查顯示，SIDM亞暈中的暗物質數(shù)量可能會隨時間增加，這與預期相反。

研究人員打算將這項研究擴展到更遙遠、更暗淡、環(huán)繞銀河系的衛(wèi)星星系。

如果SIDM模型被證明是正確的，兩個奇怪的衛(wèi)星星系可能會幫助我們理解現(xiàn)代科學中最大的謎團之一。