DES揭示了暗物质结构的最准确测量

智利Cerro Tololo美洲天文台上的星星综合图片。照片:Reidar Hahn / Fermilab

em黑暗能量调查(DES)的新结果揭示了宇宙中暗物质结构的最精确测量,并支持暗物质和暗能量构成大部分宇宙的观点。 / em

想象一下,种植一颗种子,并且非常精确地能够预测从其生长的树的确切高度。现在想象走向未来,并拍摄照片证明,你是对的。

如果你将种子看作是早期的宇宙,而将树看作是现在看起来的宇宙,那么你就会明白暗能量调查合作刚刚完成了。今天在美国能源部(DOE)费米国家加速器实验室的美国物理学会粒子与场领域会议上发表的一篇演讲中,DES科学家将揭开迄今为止对宇宙的大规模结构进行的最准确测量。

这些测量当今宇宙中暗物质的量和“团块”(或分布)的精确度,首次与欧洲航天局轨道普朗克天文台的早期宇宙推断。新的DES结果(上述隐喻中的树)接近于对普朗克遥远过去(种子)测量结果所作的“预测”,使科学家能够更多地了解宇宙在140亿年以上演变的方式。

这一结果的首席科学家之一费米拉布的斯科特·多德尔森说:“这一结果是无法令人兴奋的。” “我们第一次能够以与我们可以看到其初始相同的清晰度看到当前宇宙结构,并且我们可以沿着从一个到另一个的线索,确认沿途的许多预测。”

暗能量调查中由2600万个星系的重力透镜测量结果制成的暗物质地图。地图覆盖整个天空的大约三十分之一,范围涵盖数十亿光年。红色区域的暗物质比平均物质更多,蓝色区域的暗物质更少。图片:芝加哥大学Kavli宇宙物理研究所的Chihway Chang和DES合作。

最值得注意的是,这一结果支持这样的理论,即26%的宇宙是以神秘的暗物质的形式出现的,并且空间充满了看不见的暗能量,这导致宇宙加速膨胀并占70%。

矛盾的是,在遥远的过去测量宇宙的大规模团块比测量它更容易。在宇宙大爆炸后的第一个40万年里,宇宙充满了发光的气体,光线直到今天仍然存在。普朗克的这幅宇宙微波背景辐射图让我们在很早的时候就能看到宇宙的快照。从那以后,暗物质的重力将质量拉到一起,并随着时间的推移使宇宙变得更加复杂。但是黑暗能量一直在反击,推动物质分离。以普朗克地图为起点,宇宙学家可以准确计算出这场战斗在140亿年以上的历史。

“与普朗克地图相比,DES测量结果支持最简单的暗物质/暗能量理论,”爱丁堡大学的乔·佐茨说,他从事分析工作。 “当我们意识到我们的测量结果与普朗克7%的结果相匹配的那一刻,对于整个协作来说都是惊心动魄的。”

DES的主要工具是570万像素的暗能量相机,它是目前最强大的能量相机之一,能够捕捉来自地球80亿光年的星系的光的数字图像。该摄像机是在黑暗能量调查的首席实验室Fermilab制造和测试的,并且安装在美国国家科学基金会的4米Blanco望远镜上,该望远镜是智利Cerro Tololo美洲天文台的一部分,该天文台是国家光学天文观测台。 DES数据在伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的国家超级计算应用中心进行处理。

DES的科学家们正在使用相机在五年内以前所未有的细节绘制出八分之一的天空。第五年的观察将在八月开始。今天公布的新成果仅来自调查第一年收集的数据,该数据覆盖了天空的三分之一。

美国国家科学基金会项目主任奈杰尔夏普表示:“团队在调查的第一年就达到了这样的精度,这真是令人惊讶。 “现在他们的分析技术已经得到开发和测试,随着调查的继续,我们期待着取得突破性成果。”

DES科学家使用两种方法来测量暗物质。首先,他们创建了星系位置图作为示踪剂,其次,他们使用称为引力透镜的技术,精确测量了2600万个星系的形状,以直接映射数十亿光年的暗物质模式。

为了进行这些超精密测量,DES团队开发了新的方法来检测星系图像的微小透镜失真,这种效果甚至不可见,从而在理解这些宇宙信号方面取得革命性进展。在这个过程中,他们创造了最大的指引,用于在有史以来绘制的宇宙中发现暗物质(见图片)。新的暗物质地图是2015年发布的一个DES的10倍,最终将比目前大三倍。

美国能源部Brookhaven国家实验室的物理学家Erin Sheldon说:“这是一项巨大的团队努力,也是多年专注工作的顶点。”他共同开发了检测透镜畸变的新方法。

这些结果以及黑暗能量调查第一年的其他结果将于今天在线发布,并在美国宇航局爱因斯坦研究员Daniel Gruen在美国能源部SLAC国家加速器实验室的Kavli粒子天体物理学和宇宙学研究所的演讲中宣布,时间为下午5点。中央时间。这次演讲是Fermilab的粒子和场的APS部门会议的一部分,现场直播。

8月9日,俄亥俄州哥伦布举行的TeV粒子天体物理学会议上,卡维利粒子天体物理学和宇宙学研究所的Kavli研究员Elisabeth Krause也将介绍这一结果;以及由美国俄亥俄州立大学宇宙学中心和AstroParticle物理学博士后Michael Troxel于8月10日在中国广州举行的中国广州高能光子相互作用国际研讨会上发言。所有这三位演讲人都是DES科学的协调员工作组并对分析做出了重要贡献。

费米实验室主任Nigel Lockyer表示:“黑暗能量调查已经提供了一些显着的发现和测量结果,而且他们几乎没有抓住他们的数据表面。 “今天世界领先的结果表明DES将在未来几年中理解黑暗能源将取得长足的进步。”

来源:费米国家加速器实验室



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