計算機模擬支持暗物質存在的理論

儘管從未觀測到過這種難以捉摸的物質，但這些試驗證明了它的存在。包括加州大學歐文分校天文學家在內的計算機模擬支持暗物質的存在。雖然暗物質尚未被直接探測到，但許多物理學家認爲它一定存在，以解釋可觀測宇宙中的各種現象。

天文計算機模擬顯示，暗物質的存在證據確鑿，而觀測到的星系特徵也證明了這一點。包括加利福尼亞大學歐文分校研究小組在內的研究人員利用這些觀測結果，針對其他理論對暗物質模型進行了測試和強化。英國《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomy Society）介紹的這一方法證實，暗物質是理解宇宙結構和動力學的關鍵組成部分。

這項工作解決了天體物理學中的一個基本爭論--是否需要存在不可見的暗物質來解釋宇宙是如何運行的，或者物理學家是否可以僅根據我們可以直接觀測到的物質來解釋事物是如何運行的？目前，許多物理學家認爲必須存在類似暗物質的東西，才能解釋恆星和星系的運動。

"我們的論文展示了我們如何以真實的觀測關係爲基礎，測試兩種不同的宇宙描述模型，"論文第一作者、加州大學歐文分校物理與天文系應屆博士畢業生弗朗西斯科-梅爾卡多（Francisco Mercado）說，他現在是波莫納學院的博士後學者。"我們提出了一個強大的測試來區分這兩種模型"。

這項測試包括用兩種類型的物質--正常物質和暗物質--進行計算機模擬，以解釋在真實星系中測得的有趣特徵的存在。研究小組在《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomy Society）上報告了他們的研究成果。

研究小組發現的星系特徵"預計會出現在有暗物質的宇宙中，但在沒有暗物質的宇宙中卻很難解釋"，梅爾卡多說。"我們表明，在對許多真實星系的觀測中都出現了這樣的特徵。如果我們對這些數據信以爲真，這就再次證明了暗物質模型的地位，它是最能描述我們所處宇宙的模型。"

梅爾卡多指出，這些特徵描述了星系中恆星和氣體的運動模式，而這種模式似乎只有在暗物質宇宙中才有可能出現。

"觀測到的星系似乎服從於我們看到的物質和我們探測到的推斷暗物質之間的緊密關係，以至於有人認爲我們所謂的暗物質實際上是我們的引力理論是錯誤的證據，"合著者、加州大學洛杉磯分校物理學教授、加州大學物理科學學院院長詹姆斯-布洛克（James Bullock）說。"我們所展示的是，暗物質不僅能預測這種關係，而且對於許多星系來說，它能比修正引力更自然地解釋我們所看到的現象。我更加確信，暗物質是正確的模型。"

這些特徵也出現在無暗物質宇宙支持者的觀測中。波莫納學院物理學和天文學副教授豪爾赫-莫雷諾（Jorge Moreno）說："我們研究的觀測結果--也就是我們發現這些特徵的觀測結果--是由無暗物質理論的擁護者進行的。儘管這些特徵明顯存在，但該團體幾乎沒有對它們進行任何分析。像我們這樣既研究常規物質又研究暗物質的科學家纔開始了對話。"

莫雷諾補充說，他預計在這項研究之後，他所在的研究團體內部會有爭論，但可能會有求同存異的空間，因爲研究小組還發現，只有當宇宙中同時存在暗物質和正常物質時，這種特徵纔會出現在他們的模擬中。

"隨着恆星的誕生和死亡，它們會爆炸成超新星，超新星會塑造星系的中心，自然而然地解釋了這些特徵的存在，"莫雷諾說。"簡單地說，我們在觀測中發現的這些特徵既需要暗物質的存在，也需要結合正常物質物理學。"

梅爾卡多解釋說，既然宇宙的暗物質模型似乎是最主要的模型，那麼下一步就是看它在暗物質宇宙中是否保持一致。如果我們能利用這種相同的關係來區分不同的暗物質模型，那將會非常有趣。瞭解這種關係在不同暗物質模型下是如何變化的，可以幫助我們制約暗物質本身的特性。

編譯自/ScitechDaily

DOI: 10.1093/mnras/stae819