计算机模拟支持暗物质存在的理论

尽管从未观测到过这种难以捉摸的物质，但这些试验证明了它的存在。包括加州大学欧文分校天文学家在内的计算机模拟支持暗物质的存在。虽然暗物质尚未被直接探测到，但许多物理学家认为它一定存在，以解释可观测宇宙中的各种现象。

天文计算机模拟显示，暗物质的存在证据确凿，而观测到的星系特征也证明了这一点。包括加利福尼亚大学欧文分校研究小组在内的研究人员利用这些观测结果，针对其他理论对暗物质模型进行了测试和强化。英国《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomy Society）介绍的这一方法证实，暗物质是理解宇宙结构和动力学的关键组成部分。

这项工作解决了天体物理学中的一个基本争论--是否需要存在不可见的暗物质来解释宇宙是如何运行的，或者物理学家是否可以仅根据我们可以直接观测到的物质来解释事物是如何运行的？目前，许多物理学家认为必须存在类似暗物质的东西，才能解释恒星和星系的运动。

"我们的论文展示了我们如何以真实的观测关系为基础，测试两种不同的宇宙描述模型，"论文第一作者、加州大学欧文分校物理与天文系应届博士毕业生弗朗西斯科-梅尔卡多（Francisco Mercado）说，他现在是波莫纳学院的博士后学者。"我们提出了一个强大的测试来区分这两种模型"。

这项测试包括用两种类型的物质--正常物质和暗物质--进行计算机模拟，以解释在真实星系中测得的有趣特征的存在。研究小组在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomy Society）上报告了他们的研究成果。

研究小组发现的星系特征"预计会出现在有暗物质的宇宙中，但在没有暗物质的宇宙中却很难解释"，梅尔卡多说。"我们表明，在对许多真实星系的观测中都出现了这样的特征。如果我们对这些数据信以为真，这就再次证明了暗物质模型的地位，它是最能描述我们所处宇宙的模型。"

梅尔卡多指出，这些特征描述了星系中恒星和气体的运动模式，而这种模式似乎只有在暗物质宇宙中才有可能出现。

"观测到的星系似乎服从于我们看到的物质和我们探测到的推断暗物质之间的紧密关系，以至于有人认为我们所谓的暗物质实际上是我们的引力理论是错误的证据，"合著者、加州大学洛杉矶分校物理学教授、加州大学物理科学学院院长詹姆斯-布洛克（James Bullock）说。"我们所展示的是，暗物质不仅能预测这种关系，而且对于许多星系来说，它能比修正引力更自然地解释我们所看到的现象。我更加确信，暗物质是正确的模型。"

这些特征也出现在无暗物质宇宙支持者的观测中。波莫纳学院物理学和天文学副教授豪尔赫-莫雷诺（Jorge Moreno）说："我们研究的观测结果--也就是我们发现这些特征的观测结果--是由无暗物质理论的拥护者进行的。尽管这些特征明显存在，但该团体几乎没有对它们进行任何分析。像我们这样既研究常规物质又研究暗物质的科学家才开始了对话。"

莫雷诺补充说，他预计在这项研究之后，他所在的研究团体内部会有争论，但可能会有求同存异的空间，因为研究小组还发现，只有当宇宙中同时存在暗物质和正常物质时，这种特征才会出现在他们的模拟中。

"随着恒星的诞生和死亡，它们会爆炸成超新星，超新星会塑造星系的中心，自然而然地解释了这些特征的存在，"莫雷诺说。"简单地说，我们在观测中发现的这些特征既需要暗物质的存在，也需要结合正常物质物理学。"

梅尔卡多解释说，既然宇宙的暗物质模型似乎是最主要的模型，那么下一步就是看它在暗物质宇宙中是否保持一致。如果我们能利用这种相同的关系来区分不同的暗物质模型，那将会非常有趣。了解这种关系在不同暗物质模型下是如何变化的，可以帮助我们制约暗物质本身的特性。

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1093/mnras/stae819