フィラメントは暗黒物質の分類に役立ちます

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ビデオ: 【宇宙】怖いほど眠れなくなる「完全解説」ブラックホールとダークマター 2022, 12月
フィラメントは暗黒物質の分類に役立ちます
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Anonim
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天体物理学者は、フィラメントの構造、つまり若い宇宙で形成される銀河フィラメントによって、冷たい暗黒物質、暖かい暗黒物質、ファジーな暗黒物質を区別することを提案しています。科学者によると、2021年に稼働を開始する宇宙赤外線望遠鏡「ジェイムズウェッブ」は、この構造を見ることができます。この記事はPhysicalReview Lettersに掲載され、Physicsによって簡単に報告されました。

天文学者は、1933年にフリッツ・ツビッキーがかみのけ座銀河団の視線速度を測定したときに暗黒物質の最初のヒントに気づき、それらは見かけの質量の数十倍の目に見えない隠れた質量を使用してのみ説明できることを発見しましたクラスターの。 1960年代に、この仮定は、21個の渦巻銀河の回転曲線を測定したVeraRubinによってより正確にテストされました。また、銀河団の重力レンズ効果の際には、はっきりと見えない質量が見えます。さらに、過去10年間に、暗黒物質の存在は、遺物放射のスペクトルを測定した衛星WMAPとPlanckによっても確認されました。暗黒物質が存在するだけでなく、その約85%を占めることが判明しました。物質の塊。したがって、現在、物理学者は暗黒物質の現実について事実上疑いを持っていません。その発見の歴史については、記事「ダークマター」で、そして現代物理学での役割については、資料「宇宙の見えないセメント」でもっと読むことができます。

残念ながら、暗黒物質の存在を暗示的に示す多くの影響にもかかわらず、物理学者はまだそれが何でできているかを知りません。最近まで、重いWIMPが主な候補でした。それらは多くの理論によって予測され、ΛCDMモデルに完全に適合し、それらを見つけるための検出器を構築するのが最も簡単でした。しかし、頑固にWIMPを見たくない検出器の故障により、物理学者はよりエキゾチックなモデルに目を向けざるを得なくなりました。コールドダークマター(CDM)モデルに加えて、物理学者は現在、ウォームダークマター(WDM)とファジーダークマター(FDM)ダークマターを検討しています。ウォームダークマターを構成する粒子は、WIMPよりも数桁速くて軽いです(特徴的な質量はキロエレクトロンボルトのレベルです)。拡散暗黒物質の粒子の質量はさらに小さく(最大10〜22電子ボルト)、その波長は銀河のサイズに匹敵します。残念ながら、これまでWDMモデルとFDMモデルをテストすることはできませんでした。

フィリップ・モツが率いる研究者グループは、フィラメント(銀河フィラメント)の構造によってこれらの理論を区別することを提案しました。違いを見るために、科学者たちは宇宙の進化を数値的にシミュレートしました。そこでは、小さな振幅を持つ暗黒物質の元の密度が平均値の周りで変動しました。科学者がモデル化した領域の典型的なサイズは1.7メガパーセクでした。計算には、物理​​学者は流体力学コードAREPOを使用しました。異なる理論における励起のスペクトルがほぼ同じになるように、研究者たちは特別な方法で粒子の質量を選択しました。さらに、物理学者は、スペクトル手法を使用してファジー暗黒物質の計算を適応させました。つまり、ポアソン方程式とともにシュレディンガー方程式を考慮し、粒子の波動関数の位相の変化を追跡しました。この複雑さのために、ファジー暗黒物質の計算は、冷たくて暖かい物質の計算よりもほぼ20倍長くかかりました。

3つのケースすべてで、暗黒物質はフィラメントに集められましたが、フィラメントの構造は異なっていることがわかりました。冷たい暗黒物質はすぐに別々の塊に崩壊し、それは銀河の種として解釈することができます。 WDMモデルでは、それほど目立たないものの、そのような塊も現れました。さらに、フィラメントにはコースティクスがはっきりと見えました。最後に、FDMモデルでは、コースティクスがさらに明確になり、クラスター間のスペースは、物質の密度が低い領域と高い領域によって形成される干渉パターンで満たされました。クラスター内では、拡散した暗黒物質の波が全体として、球形のソリトンの助けを借りて、冷たい物質と暖かい物質の粒子のダイナミクスを再現しました。ただし、このような「クラスター」の密度は、平均して、CDMおよびWDMモデルのクラスターの密度よりもはるかに低いことが判明しました。

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冷たい(上段)、暖かい(中段)、そしてパルス状(下段)の暗黒物質によって形成されたフィラメントの構造

記事の著者は、検討されたモデルでは、星間ガスの圧力を無視できるため、通常の物質を追加しても、シミュレーション結果は変わらないことを強調しています。普通の物質は、形成された「暗い」構造に沿って単純に並んでいます。これは、銀河の画像から、それらの形成に関与する暗黒物質の性質を再構築することが理論的に可能であることを意味します。確かに、既存の望遠鏡の解像度はこれには十分ではありません。ただし、物理学者は、2021年に動作を開始するJamesWebb赤外線宇宙望遠鏡で違いが見られることを望んでいます。

一般的に言って、今までに、物理学者は暗黒物質が何でできているかをチェックすることができる何十もの方法を開発しました。科学者は、直接検出に加えて、仮想粒子を暗黙的に示すことができる天体物理学的および宇宙論的プロセスも考慮します。たとえば、軽いアクシオンのような粒子は、ブラックホールからの超放射と原始惑星系円盤の偏光によって追跡できます。中距離の質量を持つ「暗い」粒子は、中性子星の加熱に影響を与えます。そして、原始ブラックホールは、薄暗い矮小銀河と歪んだ超新星を使って検索することができます。残念ながら、暗黒物質を検索するすべての暗黙の方法は、明示的な方法と同じくらい成功しませんでした。

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