宇宙新模型:探索神秘暗物质和万有引力?

marydd (无) 名动一方
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发表于:2015-09-19 19:30 [只看楼主] [划词开启]


宇宙新模型:探索神秘暗物质和万有引力?

过去30年,大多数宇宙学家都利用“标准模型”来回答很多关于宇宙的问题,比如那些可能占据了宇宙很大一部分的神秘暗物质和暗能量到底是什么?宇宙为什么还在扩张?利用“标准模型”,科学家在模拟宇宙形成和匹配观测数据等方面都取得了广泛成功。但是,并非一切都非常符合“标准模型”的预测。那么,之间存在的差异是需要换一种观察解释方法,还是需要更彻底的反思呢?今年7月7日星期二,2015国家天文学会议(NAM)的一次特别会议聚集了很多天文学家,会议不仅希望充分利用已有证据,还希望促进科学家对宇宙学“标准模型”之外的理论做进一步研究。

类似银河的暗物质光环的冷暗物质(CDM)模拟和惰性中微子模拟。



在一种理论中,认为给了宇宙而外质量的最佳可能是冷暗物质(CDM)。该理论认为CDM粒子移动速度比光慢,而且与电磁辐射的相互作用很弱。然而,迄今为止还没有人真正检测到CDM。杜伦大学计算宇宙学研究所(ICC)的Sownak Bose将在NAM2015会议介绍自己的新理论,他认为惰性中微子才是暗物质,而且最近可能检测到了惰性中微子。

Bose解释说:“比普通中微子相互作用更弱的中微子被称作惰性中微子,它们的主要相互作用通过引力。它和CDM的关键区别在于,在大爆炸刚刚发生后,惰性中微子的速度比CDM的速度大,它能够从产生的地方向随机方向移动。相对CDM,惰性中微子模型的结构不仅被抹黑了,而且在小尺度上的结构丰富性有所降低。通过模拟宇宙从出生开始的演化,并观察现今结构的分布(比如矮物质星系),我们可以测试惰性中微子模型或者CDM哪个更符合实际观察。”




去年,两个独立组织使用钱德拉(Chandra)和XMM-Newton X射线望远镜检测了星系群的X 射线波段,他们都发现了一个无法解释的发射谱线。发射谱线的能量符合惰性中微子的能量在宇宙生命周期衰变后的预测。Bose和杜伦大学ICC的同事们使用复杂的星系形成模型,以研究将惰性中微子对应这样一个信号后,是否可以帮助归零校正暗物质的真实身份。

Bose说:“我们的模型表明将一个有质量的惰性中微子对应检测到的信号后,模型可以通过当前许多对暗物质的天体物理测试。我们可能已经看到的第一个证明惰性中微子的证据,这让我们感到非常兴奋。”

然而,并不是所有人认为解释观测现象需要借助于暗物质带来的额外质量。圣安德鲁斯大学的Indranil Banik和他的同事们认为,修改现有的引力理论就可能解决问题。Banik和他的同事们构建了一个详细的模型来预测本地星团内星系的速度,本地星团由银河系和临近的仙女座星系支配。

Banik说:“在大尺度上,宇宙正在膨胀,离我们越远的星系远离我们的速度更快。但本地尺度下则不是这样,将牛顿引力理论应用到我们的模型后,得到的结果并不能很好的匹配观测结果。一些本地星系向外脱离的速度非常快,就好像银河系和仙女座不存在任何引力!”

圣安德鲁斯大学的研究表明,银河系和仙女座约90亿年前的亲密接触引起的引力“爆发”可以解释这些本地星团的星系为什么快速远离本地星团。如果两个星系以每秒600公里左右的速度快速接近,对本地星团的其它星系可以产生引力弹弓效应。

Banik说:“这和航天器在太阳系获得脱离太阳速度的方法类似。本质上讲,大质量物体(银河系和仙女座)会因为身边经过其它物体产生的引力而使速度略有放缓,而矮星系因为质量轻得多却因此会大大加速。这种解释符合我们的观察,但不符合牛顿引力。相比银河系和仙女座亲密接触产生的力量,万有引力微不足道。因此,我们相信我们的工作支持了一种改进的引力理论,通过星系观测我们为这种改进引力理论提供了越来越多的证据。”

Ia型超新星:超新星1994 d NGC 4526(由哈勃太空望远镜拍摄)。Ia型超新星被天文学家作为确定太空距离的宇宙灯塔。剑桥大学的希瑟·坎贝尔博士和他的同事使用了迄今为止超新星和宿主星系的最大样本,以更好研究宿主星系和超新星亮度之间的关系。



宇宙中暗能量的数量也是一个有争议的问题。暗能量是一种导致宇宙膨胀加速的能量场。它存在的第一个证据通过测量Ia型超新星得到,Ia型超新星被天文学家作为确定距离的宇宙灯塔。然而,现在有越来越多的证据表明,Ia型超新星并不是“标准灯塔”,白矮星爆炸的精确亮度取决于宿主星系的环境。现在,剑桥大学的希瑟·坎贝尔博士和他的同事使用了迄今为止超新星和宿主星系的最大样本,以更好研究宿主星系和超新星亮度之间的关系。

坎贝尔说:“如果天文学家要对暗能量做最精确的测量,那么理解宿主属性产生的影响至关重要。更大质量的星系往往有亮度更微弱的超新星。如果没有正确得到星系的属性,那么宇宙中暗能量的数量将被低估。这项工作对LSST和Euclid等未来的望远镜和太空任务至关重要的。因为这些太空计划都试图对宇宙膨胀进行精密测量。”

2015国家天文学会议的会议召集人彼得·科尔斯教授说:“尽管宇宙学近年来取得了很大进步,但许多问题仍有待回答,很多问题事实上甚至还没有答案。这次会议是一个及时发现我们目前存在哪些理解分歧的机会,我们也会提出一些填补这些分歧的想法。”


最后编辑于:2015-09-20 19:54
分类: 宇宙篇

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