科学家借助超级计算机帮助寻找地球质量大小的暗物质晕

宇宙中约27%的能量是由不发光的暗物质组成。暗物质会因为本身的重力聚成团块(称为暗物质晕),再吸引气体于其中心冷却凝聚,形成星系。藉由观测星系的气体和恒星运动,可反推背后暗物质晕的分布。

最大的暗物质晕,质量约为太阳的千万亿倍,内含数百颗星系。而小的暗物质晕(质量小于太阳的百万倍),虽为数众多且占暗物质质量很大比例,却因不足以抓住足够气体形成星系,以致于尚未被发现。此篇研究藉由超级电脑的帮助,让科学家能用等同见到月球上跳蚤的超高解析度,来模拟宇宙中的暗物质演化,并解析如地球质量般的最小暗物质晕。

图上为模拟中的暗物质密度分布投影,而其显示的区域长是24亿光年。右上图为其中约百万光年的区域,图中最大的暗物质晕,其质量约为太阳的千万亿倍,可容下数百颗星系。左下图为最高解析度的区域,其长度为太阳系的500倍,而当中最小的暗物质晕质量和地球相当。
图上为模拟中的暗物质密度分布投影,而其显示的区域长是24亿光年。右上图为其中约百万光年的区域,图中最大的暗物质晕,其质量约为太阳的千万亿倍,可容下数百颗星系。左下图为最高解析度的区域,其长度为太阳系的500倍,而当中最小的暗物质晕质量和地球相当。

另一个重要的发现是,暗物质晕虽有大有小,密度分布却都非常相似──在中心密度很高且陡峭,外围则低且平缓。理论预测在高密度的暗物质晕中心,暗物质可以互相湮灭,发出高能量的伽玛射线,且小暗物质晕的幅射量占很大一部分。因此通过观测伽玛射线,可「照亮」小暗物质晕,让我们对暗物质的本质有进一步的了解。这份研究刊登于《NATURE》上。

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