新的暗物質地圖揭示了星系之間“隱藏的橋樑”

據外媒報道,一個國際研究小組製作了一份近域宇宙內的暗物質地圖,使用一個模型來推斷其位置,因為它對星系有引力影響。新地圖揭示了幾個以前沒有發現的連接星系的絲狀結構。該地圖由包括賓夕法尼亞州立大學天體物理學家在內的一個國際團隊使用機器學習開發,它可以使人們研究暗物質的性質以及近域宇宙的歷史和未來。

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暗物質是一種難以捉摸的物質,構成了宇宙的80%。它還為宇宙學家所稱的宇宙網絡提供了“骨架”,即宇宙的大尺度結構,由於其引力影響,決定了星系和其他宇宙物質的運動。然而,本地暗物質的分佈目前是未知的,因為它不能被直接測量。研究人員必須根據它對宇宙中其他天體,如星系的引力影響來推斷其分佈。

賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學副教授、該研究的通訊作者Donghui Jeong說:“具有諷刺意味的是,研究更遠的暗物質的分佈更容易,因為它反映了非常遙遠的過去,它的複雜性要低很多。隨着時間的推移,隨着宇宙大尺度結構的增長,宇宙的複雜性也在增加,所以在本地進行有關暗物質的測量本來就比較困難。”

以前繪製宇宙網絡的嘗試從早期宇宙的模型開始,然後模擬該模型在數十億年內的演變。然而,這種方法是計算密集型的,到目前為止,還不能產生足夠詳細的結果來觀察近域宇宙。在新的研究中,研究人員採取了一種完全不同的方法,使用機器學習來建立一個模型,使用有關星系分佈和運動的信息來預測暗物質的分佈。

研究人員利用一組大型的星系模擬,即Illustris-TNG,建立並訓練他們的模型,其中包括星系、氣體、其他可見物質以及暗物質。研究小組特別選擇了與銀河系相當的模擬星系,並最終確定了預測暗物質分佈需要哪些星系的屬性。

“當得到某些信息時,模型基本上可以根據它之前所看的東西來填補空白,”Jeong說。“來自我們模型的地圖並不完全適合模擬數據,但我們仍然可以重建非常詳細的結構。我們發現,除了星系的分佈之外,還包括星系的運動–它們的徑向奇特速度–極大地提高了地圖的質量,使我們能夠看到這些細節。”

研究小組隨後將他們的模型應用於來自 Cosmicflow-3星系目錄的近域宇宙的真實數據。該目錄包含了關於銀河系附近1.7萬多個星系的分佈和運動的全面數據。由此產生的近域宇宙網地圖發表在5月26日在線發表於《天體物理學雜誌》的一篇論文中。

該地圖依次再現了近域宇宙中已知的突出結構,包括 “local sheet”–一個包含銀河系、“local group”中的附近星系和室女座星系的空間區域;以及 “local void” –local group旁邊的一個相對空曠的空間區域。此外,它還確定了幾個需要進一步調查的新結構,包括連接星系的較小的絲狀結構。

Jeong表示:”擁有一張宇宙網絡的局部地圖為宇宙學研究開闢了新的篇章。我們可以研究暗物質的分佈與其他發射數據的關係,這將幫助我們了解暗物質的性質。而且我們可以直接研究這些絲狀結構,這些隱藏在星系之間的‘橋樑’。”

例如,有人認為銀河系和仙女座星系可能正在緩慢地向對方移動,但它們是否可能在許多億年後發生碰撞仍不清楚。研究連接這兩個星系的暗物質細絲結構可以為它們的未來提供重要的洞察力。