宇宙学

追踪的'invisible

我们可以确信存在无形的东西吗?是的,这就是暗物质的天文学家的情况。这种奇怪的物质由在实验室中从未检测到的颗粒组成,然而,该颗粒代表了大于可观察宇宙原子的质量。

Alain Riazuelo Scient for Science N°83
本文保留用于科学用户

宇宙内容是否总结到我们所看到的?早在20世纪30年代,瑞士天文学家Fritz Zwicky(1898-1974)证明了这个问题的答案是否定的。为此,他将COMA集群的星系的速度与来自群集的总质量计算的人进行了比较。后者数据通过与已知的恒星群体相当,从质量与亮度的比率中扣除。

结果没有吸引力:解释集群星系的重要速度,这一个必须非常大量,远远超过它的亮度。据Zwicky的说法,群体的一部分没有发光,因此应该被“Dunkel Matrie”,也就是说“暗物质”。

但这暗物质的性质是什么? 先验 有两个反应是可能的:它是一种新的材料形式,被称为暗物质,因为缺乏更好,在实验室中是未知的,这些都是普通的透光的普通物质。事实上,所有普通的事情都没有发光!例如,螺旋星系含有一小部分气体和星际灰尘,不会像恒星凝聚。当我们看到一片银河系时,它们很容易被吸收标记。

然而,普通物质,即使在恒星中没有凝结,由于其热辐射而发光。因此,人们总是希望通过它们的红外辐射来检测星际灰尘。

在簇内的星系内的空间中也存在材料中的空间中的形式,以非常脆弱的电离气体。这种气体的颗粒是动画的显着速度,每秒几千公里的速度。这次它在光线领域 x 让他们检测到它们。最后,星星只代表宇宙中普通物质的一小部分,这可能恳求仅由普通的暗物组成,但很少的发光物质。如何确认或使这个假设无效?为了回答,必须确定这种材料的平均密度。

用核物理称重宇宙......

在天体物理学中,最准确的措施并不是最直接的。因此,如果不是不可能的话,难以通过鉴定其不同的形式(恒星,星际介质,白乳酸气体......)精确地确定宇宙中普通物质的平均密度。

另一方面,可以使用其他方法。最可靠的是使用原始核酸合成。当宇宙小于一秒钟时,新形成的质子和中子不能结合形成原子核,这很热。这种现象只能在第一秒钟结束时开始,当宇宙的温度变得少于10亿度。

那时,宇宙已经很少致密:物质的平均密度只有几克/立方米,远小于地球上的环境空气。然而,宇宙既不太热也不太冷的时间,以便质子和中子可以在氦中助理相对简短(仅几分钟)。此外,要结合,质子和中子必须满足,这更可能是每单位体积的颗粒数量高。因此,通过观察来了解氦在大爆炸期间产生的量通知当时物质的密度。我们推导了关于电流密度的信息,因为已知由于宇宙的扩张导致的稀释因子。

遥远星系的观察结果,其恒星几乎没有时间生产大量额外的氦,表明大约24%的普通物质由氦组成,其中核物理法在核物理学法律之后,表明,目前材料的平均密度为每立方米约0.2质子。它比直接观察可以识别,但远远不足以解释群集内的星系和星系中的星星的速度......

......或者婴儿的交响乐宇宙

也许甚至更加自然地,通过研究其第一光,宇宙学弥漫背景,可以确定宇宙中宇宙的组成。当宇宙约370,000岁时发出这种辐射,几乎在自己的意义上,他们当时是可观察宇宙的范围的照片。

引力倾向于吸引密集区域,材料在宇宙中越来越不规则地分布。相反,年轻的宇宙非常均匀,在宇宙学弥漫性中,根据观察理事会转化为其温度的巨大均匀性。

然而,可以容易地确定宇宙的异质程度,使其仅由普通物质组成。然后,我们可以将此结果与宇宙学漫射映射进行比较。差异是尺寸!只有普通物质,年轻宇宙应该比观察到的内均匀100倍。没有暗物质我就无法做到。

简单的确认

引力定律是普遍的,即普通物质和暗物质受到引力场。然而,它们在宇宙中不在同一方面分发,因为普通物质与光相互作用:由原子吸收的光子可以撕掉电子;捕获电子的离子发出一个或多个光子。通过这种方式,普通问题可能会通过辐射失去能量。

相反,暗物质,由于它不与其他已知颗粒进行干预,因此不会发出大量光。结果,在暗物质浓度内捕获的普通物将通过消散能量而朝向中心落下,如卫星“使用”其轨道的摩擦力的摩擦力,没有暗物质的摩擦。

因此,普通物质必须具有比暗物质更为鲜明对比的分布。这正是我们观察到的。例如,在星系中,普通物质在中心中明显浓缩,并且当一个人远离它时,它的密度很快就会很快降低。在隐形材料方面,密度曲线推导出恒星的旋转速度不太明显,其广泛的空间延伸。

天上的法律表明,随着行星遥控器,太阳周围的行星速度都变小。另一方面,当我们看看星系周围的星星的旋转速度时,我们注意到,过去一定的半径,这种速度不会随着距离而减少,这将是大量的星系的情况到星空。和煤气(主要靠近中心)。因此,必须解决它的暗物质的可见质量,但其空间分布远远超过可见材料。这种黑暗的质量具有我们所知道的材料的不同物理性质。

我们呈现的各种论点是非常定性的,但它可以非常定量地对抗暗物质的假设最为恰当地对观察结果。为此,放弃星系,以利益在大型空间尺度上的宇宙的结构。原因是,由于考虑的空间尺度的大小,所以宇宙中的密度波动的变化的动态是较大的,因此今天这些都比较小的尺度更小对比。

但是,当表征它的数量差异的数量差异大约一个平均值时,更容易模拟物理系统,因为对平均水平的差异很小,通常常常承认相当简单的数学待遇。这就是为什么宇宙学弥漫物质的研究占据了现代宇宙中的选择位置。

在其排放时,暗物质的波动不超过0.1%,而普通物质的含量越来越小。因此,可以确定哪种丰富的普通物质和暗物质解释在宇宙漫射物质中观察到的粒度的精确结构。结果 pl 一方面,表示普通物质的密度恰好位于已知的间隔很长时间 通过 另一方面,核心合成,暗物质是五倍半的时间。关于这些结果的不确定性现在只有百分点。

在这一般的背景下,可以验证对暗物质存在的其他预测。实际上,由于宇宙漫射背景显示了材料在大爆炸后的37万年后材料的结构,可以预测这种结构和宇宙的渐进异质的发展。

即使在复杂的数字模拟的价格中也可以确定,材料如何沿着巨大的长丝逐渐分布在内克斯的超级峰值,那么如何在专用观察所建立的目录星系中观察到这一切节目,如 斯隆数字天空调查。虽然在星系目录上的测量比宇宙学弥漫物质的含量不太准确,但是描述一个和其他形式的暗物质的精确丰富是相同的。

此外,在宇宙漫射物质和星系目录之间观察到的该协议可以扩展到另一种可观察的量,在这种情况下,引力剪切统计数据,即表示经历光的轻微排放。通过背景星系靠近前景Galaxy Amas。

无论是集群的平均质量的演变,前景集群与背景星系之间的对准概率还是所有这些对象之间的相对距离,所有这些来自描述宇宙学漫射时宇宙的初始条件。因此可以根据所有可观察的参数和暗物质的丰富来预测星系图像的变形速率。同样,通常有精确的数字,始终与以前的估计兼容。

改变重力?

我们已经看到,暗物质迄今为止检测到这一点 通过 他的引力影响跳跃普通问题的不足,以便考虑构成宇宙的引力领域。它安全吗?人们可以在另一个方向上取出问题并想象我们检测到所有这些问题,但它是重力定律,将肿块分布到引力场的那些被修改。

“修改的牛顿动态”的模型,或 根据英文缩写(因为 修改了牛顿动力学),已从20世纪80年代开发。虽然理论水平并不简单,但是在不涉及任何暗物质的情况下解释星系中恒星速度的分布的模型。

对这些尺度来说,理论 对他的信贷取得了一些成功。例如,由于引力田完全依赖于普通物质分布(可以在其大多数中希望的),因此可以预测星系中星八的恒星的旋转速度,在材料的模型中是不可能的。通过这些,相反,对于给定的星系,我们确定了暗物质中的内容(所以在路上 特设 说支持者 )及其分布 通过 恒星的旋转曲线,不假装解释丰富。

出现一个重要问题:我们可以测试理论吗? 在其他鳞片上比星系的鳞片,例如在较小的物体上,如球形簇?理论上没有什么比:首先确定球状簇内的恒星的旋转曲线,然后确定其密度剖面 通过 他的明星的亮度,最后,理论结果面临着观察结果。

遗憾的是,在实践中,任务更困难,因为球簇内的引力场受到它们轨道周围的星系的引力场受到干扰。我们无法测试理论 在远离星系的集群中,这种集群很少,灿烂。

此外,旋转曲线只能通过单独观察集群内的数百个闪亮的星星来完成。这项任务很困难,因为远离星系的球状簇很少,并且通常不包括足够的辉煌恒星。

世界末日?

由于这两个约束,今天,只有一个群集, NGC. 2419,可用于回答这个问题。从Strasbourg的天文观测站和其合作者的罗德里戈IBATA的工作没有吸引力:与可能的黑色材料相关的普通重力模型完全再现了观察结果,而基于理论的所有模型。 让我们急剧失败。这是历史的结束吗?

辩论可能没有完全关闭,因为获得的结果只是两个条件:首先,群集已经达到了一定的平衡配置,这是不可能确定的;其次,簇是球形对称性,这对于它在天空上的投影是真实的,而是不可能沿着视线确定。

理论的持有者 因此,希望预计在其他集群上制作的措施......这需要新一代非常大的望远镜,因为没有其他群集能够为此​​问题提供可利用的结果。

让我们探索大规模的鳞片。理论 遇到更大的困难。例如,似乎无法通过理论取代暗物质来解释宇宙漫射背景卡的结构 ...除非您添加到模型中,否则粒子物理学家称之为无菌中性。在实践中,这种伎俩是引入另一种形式的暗物质,与此处提到的那样有些不同。理论 然而,不一定被拒绝。实际上,它可以解释一些在星系内仍然不知所措的电影特性。然而,当前观察越来越越来越暗示,其可能的贡献有限。

扭曲的宇宙

暗物质范式的最新成功是为了考虑使命 pl。我们诱发了前景集群在背景星系上施加的引力透镜效应,这将探讨宇宙中的暗物质的结构。但宇宙漫射背景在宇宙历史上很早发出,并且在任何其他结构之后。因此,他的光线越过整个宇宙可观察到的,因此在物质浓度附近遭受轻微的溢出。因此,漫反射底部图变形,但由于宇宙学漫射背景卡的某些特性,可以识别这些修改。然后可以确定,当然可以确定不确定性,通过宇宙的整个材料在宇宙学漫射背景的图像上行使的变形场的地图,并检查该变形场的结构是否兼容。预期从暗物质。

更好的是,这些变形是由于整个可观察到的宇宙的所有星系集群。结果,目录所揭示的星系中最富有的地区必须与天堂的区域一致,其中宇宙学漫射背景是最扭曲的,在其他事情上验证了宇宙的目录 斯隆数字天空调查.

总之,暗物质是宇宙中的无所不在。在我们从未检测到的元素上发现这么多的宇宙学观察可能似乎是令人沮丧的,并且我们甚至没有知道我们是否可以有一天会检测到它。但是,它不再怀疑暗物质就在那里,这两种方式都会影响宇宙的结构,可以精确地检查许多不同的方法,这是一个显示的融合 fine 物理法律的深度普遍性。

搜索在此观察中不会停止。我们区分各种类型的暗物质,详细采取的特征略有不同。因此,其中一个问题是最好地确定暗物质的性质,包括构成它的颗粒的质量,包括甚至证明没有,而是几种不同的黑色材料。我们不知道这些想法是否将是一个成功的一天,但这是研究的所有美丽。

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