暗物質可能與氣體物質產生了相互作用,暗物質的假設有助於科學家對銀河系周圍「迷失的衛星星系」的解釋。為什麼在銀河系的周圍缺少理論預期的衛星星系?一種獨特的研究方法給以了解釋。觀測和理論分析的結果表明,銀河系的周圍不是一片空空蕩蕩的區域。通過計算機模擬技術的應用,科學家開發了有關星系如何形成的計算模型,計算結果與實際觀測的數據相比,更多小型星系「潛藏」在在銀河系的周圍,天文學家隨之提出「小型星系去哪兒了」的疑問,它們可能迷失在某些地方,天文學家只有通過觀測的手段發現它們的蹤跡。
科學家曾預測,更多的星系出現在銀河系的周圍,新的研究方法對目前廣泛認可的冷暗物質理論提出了質疑。冷暗物質是一種看不見的極為神秘的物質,它們的作用機制有待科學家的探究。英國杜倫大學粒子物理現象學研究所的宇宙學家、粒子物理學家與法國的科學家同事開展了合作研究,他們找到了有潛在影響力的解決方案,相應的研究成果發表在英國皇家天文學會出版的《月度通訊》雜誌。杜倫大學的科學團隊使用了COSMA超級計算機,它是英國DIRAC超級計算機框架的一個組成部分,歐盟、英國科學和技術設施委員會為科學項目給以了資金支持。
暗物質粒子有引力作用,它們和光子、中微子之類的粒子發生了相互的作用,暗物質在宇宙的年輕時期出現了分散現象,暗物質團塊或暗物質暈團在早期宇宙「成群結隊」地湧現,暗物質通過引力作用捕獲了星系間的氣體物質,而星系間的氣體物質是恆星和星系的物質材料源泉,氣體物質的減少相當於形成星系的物質材料的下降,在銀河系周圍預期數量的衛星星系難以成型。
暗物質粒子的分散與消解了在銀河系周圍聚集的氣體物質,暗物質通過捕獲了氣體阻礙了更多星系的形成。在銀河系周圍難以形成預期數量的衛星星系,在銀河系的周圍確實缺少衛星星系,這一事實現在得到了合理解釋。論文的主要作者、杜倫大學粒子物理現象學研究所的席琳·布恩解釋說,科學家不知道暗物質粒子和普通物質粒子發生相互作用的強度,科學團隊採用了計算機模擬方法,以便找到兩者數量間的對應關係。
科學團隊把分散的暗物質粒子調試在合適的層級,從而改變了小型星系形成的數量,暗物質作用的物理機制,關鍵的問題是找到暗物質和其它普通物質粒子發生相互作用的數量對比關係,從粒子物理學的微觀尺度出發,科學團隊測量了在銀河系周圍旋轉的星系將會受到的影響,測量結果提供了一個有價值的科學案例。在銀河系周圍沒有形成更多的星系,目前的理論有幾種版本的解釋,有一種理論版本的解釋,其中的原因被理解為熱力學作用,第一代恆星產生的熱量消解了恆星形成時所需的氣體物質。
杜倫大學的科學團隊給出了一種版本的理論解釋,通過替代性理論和技術檢驗,他們從數量上分析了冷暗物質和其它物質的相互作用。暗物質的作用難以忽略,暗物質粒子組成了宇宙絕大部分的物質。計算模型規範了宇宙兩種物質的相互關係,對銀河系周圍小星系的數量進行了預測和實際觀測的驗證,觀測的數量少,理論預測的數量多。計算機模擬了冷暗物質的更多作用,加大了冷暗物質和其它物質相互作用的強度,比較以往的理論預測數量,在銀河系周圍旋轉的小星係數量有了明顯的下降,銀河系周圍的時空空曠而沉寂。
(編譯:2014-9-10)