動科普 | 放大一百萬億億億倍去看宇宙最小的暗物質暈_風聞

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　　宇宙是由什麼構成的？千百年來科學家一直在尋找答案。根據現代宇宙學模型，宇宙中約85%的物質成分是暗物質，它的物質屬性和組成恆星、行星以及我們人類世界的普通物質截然不同。暗物質受引力塌縮，形成的結構體被稱為暗暈。

　　最大質量的暗暈是包含了由數百個亮星系組成的巨型星系團，其質量約是百萬億倍的太陽，它們的屬性已經廣泛地被天文學家研究。而那些小質量的暗暈，因為在整個宇宙演化歷史裏一直保持“黑暗”，數量極多，人類卻對其知之甚少。根據暗物質屬性模型推測，宇宙中最小的暗暈質量可能和地球相當。

　　小質量暗暈和大質量暗暈有何區別？為了揭開這一奧秘，來自中國、英國、德國和美國的國際研究團隊耗時5年，開發、測試模擬程序，並運行了一系列放大宇宙的超級模擬，質量放大倍數跨越30個數量級，也即一百萬億億億倍。這就意味着要對宇宙中一個典型區域裏的這些小暗暈進行模擬，需要利用八個放大鏡去接力放大，而放大程度相當於在一張月球表面的圖片上尋找一隻跳蚤。

　　北京時間2020年9月3日，國際科學期刊《自然》發佈了國家天文台王傑研究員領銜的國際研究團隊的研究成果。令研究人員驚歎的是，通過模擬，他們發現所有質量的暗暈竟然具有極為相似的內部結構——中心緻密，往外逐漸稀疏，且大量的更小的暗物質團塊在暗暈相對較外的空間環繞。換個角度來説，如果不知道比例尺，在圖像上，我們幾乎很難區分一個巨大的星系團暗暈和一個只有地球質量大小的超微暗暈。

　　暗物質是現代物理學中最難以捉摸的謎團之一。此次發現小質量暗暈的內部結構，預示着我們有可能利用未來的伽馬射線望遠鏡間接觀測到這些暗物質暈，這對我們“看到”暗物質，以及探索暗物質的本質提供了一個新的方向，也許，暗物質可能沒有想象的那麼“黑暗”。

　　本文及科普視頻基於最新科學研究進展製作，論文：Wang, J., Bose, S., Frenk, C.S. et al. Universal structure of dark matter haloes over a mass range of 20 orders of magnitude. Nature 585, 39–42 (2020).