暗物质探测工作进展简介

暗物质探测工作进展简介许梅关于宇宙中的暗物质问题，本刊已登载过不少文章，本文只着重介绍目前暗物质探测工作的进展情况。暗物质存在的证据早在本世纪３０年代初期，年轻的荷兰天文学家奥尔特（Ｊ．Ｏｒｔ）在研究恒星的运动时就已指出，为了说明恒星来回穿越银道面的...     

为什么我们需要暗物质?

暗物质既是宇宙必需的组成部分,更是一个依然扑朔迷离的难题。根据对宇宙大爆炸余辉——微波背景辐射——的研究,你、我、每一件日常用品、行星、恒星、星云和星系等,我们周围可见的所有物质仅占据宇宙质量能量的4.9%。与之形成对比的是,暗物质占据了宇宙的26.8%,是普通物质的5倍多,但它们的本质至今不明。     

重子物质对暗物质晕形状和角动量的影响

利用高精度大样本的冷暗物质($\Lambda$ cold dark matter, $\Lambda$CDM)宇宙学数值模拟的数据, 对重子物质如何影响暗物质晕的形状和角动量进行了研究.使用了3种数值模拟数据, 纯暗物质模拟、含辐射冷却、恒星形成和动力学超新星反馈的模拟, 包含活动星系核反馈效应的恒星形成模拟. 对这3种模拟, 还进行了不同红移处的比较. 主要结果如下.重子物理过程会改变暗物质晕的质量分布, 特别是有活动星系核反馈机制的情况下.比如, 活动星系核反馈会减少大质量暗物质晕的形成.随着宇宙的演化, 暗物质晕的空间形态逐渐由扁变圆. 重子物质的存在会加速暗物质晕形状的变化过程, 而且会使暗物质晕形状变得更圆. 但是活动星系核的反馈会对这一加速效应产生抑制.重子物质对暗物质晕的影响与暗物质晕的质量和半径都存在一定的依赖性.暗物质晕的质量越大, 它会呈现更扁的形态. 同时, 重子物质对任意质量的暗物质晕或暗物质晕在任意半径处的变圆均有一定的促进作用,尽管活动星系核反馈会抑制这一促进作用.特别是对于暗物质晕在0.2--0.6倍维里半径处的形状, 重子物质的影响尤为明显.此外, 重子物质的存在会对暗物质晕的角动量产生显著影响, 它会增大暗物质的角动量. 暗物质晕的自旋参数与质量无相关性, 但是与暗物质晕的半径存在一定的相关性.     

GALEX证实暗能量的性质

15年来,国际天文学界对遥远星系中超新星的观测,除了得出宇宙加速膨胀的结论外,还推测出宇宙组成的成分：暗能量约占74％、暗物质约占22％、而包括原子、组成生物体、行星和恒星等的正常物质只占4％。     

第一代恒星的观测和研究进展

第一代恒星（星族Ⅲ恒星）标志着宇宙从暗物质时代到现在已知的宇宙的转折点。目前对第一代恒星（星族Ⅲ恒星）的观测结果表明，在银河系中还没有发现零金属丰度的恒星，金属丰度[Fe/H]≤-2.5的恒星极少。由于近几年的BPS巡天，银河系中已知的极端贫金属丰度的恒星数目大大增多。目前，可探测到的极端贫金属星的金属丰度[Fe/H]最低约为－4．1。金属丰度在－4到－3之间的恒星大约有100多颗，这些恒星的运动学特性非常类似于其它晕星。然而还没有发现第一代恒星，或金属丰度[Fe/H]≤-5的恒星。关于第一代恒星的形成过程、初始质量函数以及存在于银河系的什么地方，都还没有任何直接的证据。但第一代恒星确实存在。第一代恒星这个谜一般的实体，向观测和理论天文学家提出了巨大挑战。为探测和预言银河系中的第一代恒星，天文学家提出了许多观测方案和理论模型。对有关第一代恒星在观测和理论研究上的进展进行了综述。     

毎个星系都含有暗物质吗?

两个不起眼的星系在学界掀起了轩然大波,但时至今日仍不清楚到底是怎么回事。在距离地球约6000万光年之外——至少有一些天文学家的结论如此,有一对奇特的星系正在引发一场宇宙学骚动。分别被称为NGC 1052-DF2和NGC 1052-DF4,后文简称为DF2和DF4,它们所包含的恒星数量远远少于常见的星系。然而,让天文学家咋舌的并非它们缺少恒星,而是这两个星系似乎不包含暗物质,但暗物质占据着宇宙物质组成的85%。     

星系探秘：恒星从何而来（2）

纷乱的气流和庞杂的星际尘埃,以及恒星形成时的猛烈星风,宇宙中所有最纷繁的元素仿佛都被凝聚于大质量恒星的“育婴室”,所以我们才能欣赏到像猎户座大星云和船底星云那样极尽奢华而又震撼人心的宇宙风景。但同时,混乱而繁杂的环境对天文学家们研究这些大个子恒星的身世之谜平添了诸多障碍。     

高红移恒星形成星系的研究

<正>星系是组成宇宙的基石,其形成与演化是天体物理研究的重要内容.星系中的恒星形成活动是星系成长和演化的主要驱动力之一.已有的星系巡天给出比较一致的宇宙恒星形成历史:宇宙的恒星形成密度从高红移一直增加到红移z~2,随后按指数率下降直到z=0.系统地研究宇宙恒星形成峰值时期恒星形成星系的性质对我们理解并限制星系形成与演化的理论模型至关重要.     

暗物质与暗能量新解

“热”光子使暗能量现身 现代天体物理学家认为,在宇宙成分中,暗能量约占73％;暗物质占23％;发光物质占0．4％（恒星和发光气体0．4％;辐射0．005％）：不可见的普通物质占3．7％（星系际气体3．6％;中微子0．1％;超重黑洞0.04％）。宇宙暗能量提供斥力,可解释宇宙加速膨胀（在已知物理中,只有万有引力,没有相应的斥力）;同时也能解释宇宙年龄困难。     

暗物质——我们究竟知道些什么？

神秘而不可见的物质维系着宇宙,使我们生存的世界免于分崩离析,但它们到底是什么？ 宇宙并不遵循“所见即所得”的原则。事实上,我们所看到的物质——恒星、气体和尘埃——仅仅占据了宇宙物质质量的10％左右。这些可见的普通物质由质子、中子和电子组成。科学家们把它们称为“重子物质”,因为质子和中子在亚原子粒子中被称为“重子”。宇宙物质的其余90％则是“暗物质”,它们包围着宇宙中的每一个星系。     

小型星系中暗物质的特殊分布

暗物质是一种神秘的未知物质,占如今宇宙中所有物质的80%。如果引力是唯一驱动暗物质的力量,那么它应该会不停地向内聚集,直到在星系中心形成极端致密的区域。然而天文学家发现宇宙中的暗物质分布并不像计算机模拟的那样会成团聚集,尤其是在矮椭球星系中。由日本、德国、澳大利亚天文学家组成的研究小组提出暗物质处于某种能量状态时,会像分散的台球那样分布。这可能帮助科学家解释为何不同大小的星系形态不同。     

星系形成和冷暗物质模型——(Ⅰ)暗物质与初始扰动谱

本文力求给出近年来在星系形成理论研究中对了解从原初扰动起源到重子物质与暗物质分离过程所取得的各项重要进展的线索,并指示冷暗物质模型结合星系有偏袒形成的概念,可使关于宇宙不同尺度结构的大量观测事实得到合理的解释。第一部分介绍与扰动起源、谱形和增长等有关的问题,着重说明宇宙暴胀概念和非重子暗物质的存在所起的关键作用,指出不仅重子暗物质为主的,而且热的非重子暗物质为主的模型存在严重的困难。     

“恒星核合成”会议

银河系中有从氢到铀81种元素。这些元素何时形成和怎样形成的问题,是宇宙物理学中极为重要的课题之一。因为元素起源是宇宙、星系和恒星等各种演化的总体反映。一定质量的恒星演化到最后阶段,由于超新星爆发将恒星内合成的重元素抛射到星际空间,问题是不同质量的恒星各自合成那些     

暗物质：宇宙的秘密

在我们的宇宙中,恒星和行星是随处可见的,除此之外还有大量自由漂浮着的气体云,也涂画在时空巨大的幕布上——我们所能看到的这一切,天文学家称它们为“可见物质”。但你是否知道,这些可见的物质,其实只占了宇宙中全部物质的很少一部分（17％）呢？宇宙中另外那约83％的物质都是我们看不见的,没有人知道它们究竟是些什么。在过去的80多年里,天文学家一直试图对宇宙中这些被称为“暗物质”的成分进行直接的观测,但到目前为止还没有一次获得过成功。     

字宙 最终命运如何？

上个世纪,天文学家有力地证明,我们现在居住的宇宙起源于大约138亿年前发生的一次“大爆炸”。大爆炸之后不久,基本粒子和简单的原子（氢和氦）形成。宇宙在膨胀中冷却,当温度降到足够低时,恒星得以形成。在这些恒星的核心发生的核聚变产生了很多新的元素,如碳、氮、氧等。另外一些我们生活中常见的元素,比如铁,则是在更加猛烈的超新星爆发中产生的。与此同时,宇宙中出现了行星、白矮星、中子星和黑洞等各种天体。今天,新的恒星依然不断从大爆炸、恒星风和超新星爆发所遗留的气体中产生出来。现在的宇宙似乎有利于行星的形成和生命的发展,不过在遥远的将来,情况将发生戏剧性的变化。     

恒星形成的辐射流体(磁流体)数值模拟研究进展

恒星是宇宙中最重要的天体之一,恒星形成是天体物理学研究的重要课题。天文学家正致力于理解与恒星形成相关的一系列问题,如:大质量恒星和星团是如何形成的?什么样的物理过程决定了恒星形成区域的物理性质?初始质量函数由什么确定?恒星形成率由什么决定?近年来,恒星形成的数值模拟研究不断发展。主要介绍了辐射流体(磁流体)的数值研究在原恒星核坍缩、大质量恒星形成、星云破碎和坍缩、星团形成和初始质量函数等方面的模拟研究进展。     

行星科学与深空探测（一）——行星科学的起源发展及重要性

行星是在宇宙演化到一定的时间后形成的,它是天体形成的重要类型。与星系宇宙以及恒星不同,行星由于其质量相对较小,因此其演化也有其特殊的过程,比如,总体来讲没有像宇宙、星系和恒星那样,物质与性态变化那么剧烈。行星的形成和演化有其自己独特的规律。行星科学研究是人类在全面认识宇亩演化过程中不可缺少的环节,是天文学的重要分支学科。     

暗物质研究与探测

暗物质是一种神秘莫测的不可见物质,它几乎占据了宇宙1／4的物质和能量,但是除了引力作用之外,它们和“常规”物质不发生任何相互作用。科学家们之所以提出宇宙中存在暗物质,并不是因为他们“看见”了暗物质,而是通过看不见的暗物质对可见物质施加的引力影响间接地获得关于它们的信息。     

宇宙信息

综合由欧洲南方天文台负责运营的12米阿塔卡玛探路者实验望远镜、甚大望远镜和美国宇航局斯皮策空间望远镜的观测结果,天文学家们探究了遥远的明亮星系是如何聚集成群或成团的。遥远星系的暗物质晕越大,它们聚集得就会越紧密。这一结果是对此类星系成团性迄今最精确的测量。这些星系距离我们极为遥远,它们所发出的光要花100亿年的时间才能抵达我们,因此我们看到的是大约100亿年前的景象。在早期宇宙中,这些星系正在经历已知最为剧烈的恒星形成过程,被称为星暴。     

冷暗物质子结构的数值追踪及其湮灭辐射的观测

<正>当前对宇宙的主要观测都指向物质成分为冷暗物质主导的~CDM宇宙学.在冷暗物质的宇宙中,原初的微小扰动在引力作用下增长为位力化的团块,称为暗物质晕.小质量暗晕最先形成,它们之间的相互并合形成了更大质量的暗晕.并合之后,前身暗晕在当前载晕中会以自束缚的子结构形式存活很长时间,称为子晕.在数值模拟中我们可以对子晕的形成和演化进行详细的研究.这种研究为星系形成演化模型提供了基础,同时也影响了我们观测上探测暗物质的方式.