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上帝说要有光:宇宙中最古老光真是上帝创造出来的吗

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发表于 2018-4-16 20:36:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
  宇宙中最古老光真是上帝创造出来的吗?科学家们已经破译了宇宙最早的光中微弱的扭曲现象,以描绘出我们肉眼看不到的巨大的网状结构,即所谓的细丝,它是将物质传送到密集中心(如星系团)的超级高速公路。国际科学团队,包括来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)和加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的研究人员,分析了来自过去天空研究数据,利用先进的图像识别技术,在基于重力效应中,识别出这些丝的形状。他们还使用模型和有关纤维理论来帮助指导和解释他们的分析。


上帝说要有光:宇宙中最古老光真是上帝创造出来的吗96 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29805,120884


  在这个例子中,宇宙微波背景(CMB)光的轨迹被我们肉眼看不到的丝状结构弯曲,形成了一种被普朗克卫星(左)所捕获的弱透镜效应。研究人员使用电脑来研究这种微弱的CMB透镜,并绘制出一幅细丝的地图,它的长度通常长达数百光年。图片:Siyu He, Shadab Alam, Wei Chen, and Planck/ESA

  4月9日发表在《自然》杂志上天文学、细丝详细探索将有助于研究人员更好地理解宇宙网的形成和演化,宇宙大尺度结构的物质,包括神秘看不见的东西——被称为暗物质,占宇宙总质量的85%。暗物质构成了细丝——研究人员通常会在数亿光年的范围内进行拉伸和弯曲——而所谓的“光环”则是由宇宙的细丝网提供。对这些细丝更多研究可以为暗能量提供新的见解,暗能量是宇宙加速膨胀的另一个奥秘。长丝特性也可以将引力理论引入到测试中,包括爱因斯坦的广义相对论,并提供了重要的线索,以帮助解决在宇宙中存在可见物质的明显失配——“失踪重子问题”。
  伯克利实验室的资深科学家、卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的物理学副教授雪莉·豪(Shirley Ho)说:通常研究人员不会直接研究这些细丝——会观察观测中的星系,用同样的方法找到了雅虎和谷歌用于图像识别的灯丝,比如识别街道标识的名字,或者在照片中找到猫。重子振动光谱的研究使用的数据调查,一个地面巡天捕获光从大约150万个星系研究宇宙膨胀和物质的图案分布在宇宙中,在声波的传播或“重子的声学振荡。早期宇宙中荡漾。由伯克利实验室的科学家担任主要角色的“BOSS survey team”制作了一份可能的丝结构目录,该目录将研究人员从最新研究中提取的物质串接在一起。


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  宇宙网中的长丝结构在不同的时间周期显示,从宇宙的123亿岁(左)到宇宙74亿岁(右)。该动画的占地面积为7500平方米。对于用蓝色表示的灯丝结构来说,证据最为有力,其他可能的灯丝结构有紫色、紫红色和红色。图片:Yen-Chi Chen and Shirley Ho

  研究人员还依赖于宇宙微波背景(CMB)的精确的、基于空间的测量,而CMB是宇宙第一个光的几乎一致的残余信号。虽然这个光信号在整个宇宙中非常相似,但在之前的调查中有规律的波动。在最新的研究中,研究人员关注的是CMB的模式波动,他们使用复杂的计算机算法来寻找在CMB(被称为弱透镜效应)中,由于CMB光穿过物质而产生的弱透镜效应。由于星系生活在宇宙最密集的区域,所以从CMB光的偏转中发出微弱的透镜信号是最强烈的。暗物质存在于这些星系周围的光环中,也被认为是从那些密度更大的区域扩散开来的。

  我们知道这些细丝也应该引起的,将产生一个可衡量的弱引力透镜信号,该研究的主要作者是卡耐基梅隆大学的博士研究员——她现在在伯克利实验室也是隶属于加州大学伯克利分校。研究小组使用统计技术来识别和比较“脊”,或者更高密度的点,理论告诉他们,这些“脊”会指向丝状物的存在。我们不仅仅是试图‘连接这些点’——试图在密度中找到这些隆起,在密度上的局部最大点。用其他的丝和星系团数据,以及基于观察和理论的模拟细丝来检查他们的发现。该团队使用了在伯克利实验室的国家能源研究科学计算中心(NERSC)生成的大型宇宙模拟,以检查测量中的误差。


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  (图为研究模拟视频截图)


  这些细丝和它们的连接可以随着时间的变化而改变形状和连接。引力拉力和宇宙膨胀的相互作用可以缩短或延长细丝。该研究的作者之一米勒是一个加州大学伯克利分校的物理宇宙中心的博士后研究员西蒙尼·费拉罗说:丝这个积分宇宙网的一部分,尽管目前尚不清楚什么是底层暗物质和纤维之间的关系,这是这项研究的主要动机。来自现有实验的新数据,以及新一代的天空调查,如伯克利实验室领导的暗能量光谱仪器(DESI),现在正在位于亚利桑那州的Kitt Peak国家天文台的建设中,应该提供关于这些细丝的更详细的数据。

  研究人员注意到,这一重要的研究步骤,也应该有助于重点研究,以确定在细丝、这些气体的温度、以及粒子如何进入和运动的机制中所存在的气体类型,研究还允许他们确定细丝的长度。解决丝结构的问题也可以为细丝周围空间的空洞的性质和内容提供线索,并帮助其他理论,这些理论是对广义相对论的修正。也可以使用这些细丝来限制暗能量——它们的长度和宽度可以告诉我们一些关于暗能量的参数。


  博科园-科学科普|参考期刊:Nature Astronomy|来自:劳伦斯伯克利国家实验室

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