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热暗物质

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热暗物质(HDM)是暗物质的一种理论形式,由以相对论速度运动的粒子组成。

暗物质是一种既不发光也不吸收光的物质。在物理学中,这种行为的特征是暗物质不与电磁辐射发生相互作用,因此是暗的,并无法被物理学中的常规仪器探测到。[1]来自星系旋转曲线的数据表明,大约80%的星系质量是不可见的,这迫使研究人员创新方法,通过暗物质对重力波动的影响,来间接地探测它们。[2]理论物理学界对于暗物质是否可以分成不同的“类型”还没有达成共识,但是有证据表明暗物质可以分为“热”(HDM)和“冷”(CDM)两种类型——有些甚至提出了“暖”暗物质(WDM)的中间地带。该术语并不意味着其与温度有任何联系,而是指所谓的暗物质粒子(WIMPs)的大小。反过来,粒子的大小与它们的运动速度之间是负相关的关系:由于HDM粒子理论上质量更低,所以HDM比CDM运动得更快。[3]

1 在星系形成中的作用编辑

艺术家对银河系周围暗物质的印象。感谢: ESO/L. Calçada

就其应用而言,热暗物质的分布也有助于解释大爆炸后星系团和超星系团是如何形成的。理论家声称存在两类暗物质:1)那些“聚集在可见星系团的单个成员周围”的物质,2)那些围绕“整个星系团”的物质。由于冷暗物质的速度较低,所以它可能是“较小的星系大小的团块”的来源,如图所示。[4]那么,热暗物质就应该与围绕整个星系团的较大质量聚集体的形成相对应。然而,由COBE卫星测量的宇宙微波背景辐射的数据是高度均匀的,这样的高速热暗物质粒子不能从如此平滑的初始状态开始形成像星系一样小的团块,这凸显了暗物质理论和实际数据之间的偏差。理论上,为了解释可观测宇宙中相对小规模的结构,有必要引入冷暗物质或WDM。换句话说,热暗物质作为解释宇宙星系形成的唯一物质的说法不再可行,需将热暗物质置于混合暗物质(MDM)理论的大框架之下。

2 中微子编辑

中微子是热暗物质粒子的一个例子。[5]中微子质量很小,不参与四种基本力中的两种,即电磁相互作用力和强相互作用力。它们参与弱相互作用和引力相互作用,但是由于这些力的强度微弱,使它们很难被探测到。目前一些项目正在研究这些中微子,如日本岐阜的超级神冈中微子天文台。

参考文献

  • [1]

    ^McGaugh, Stacy (2007). "Seeing through Dark Matter". Science. 317 (5838): 607–608. JSTOR 20037494..

  • [2]

    ^Drake, Nadia (2012). "Dark matter, where art thou?". Science News. 181 (10): 5–6. JSTOR 41697649..

  • [3]

    ^Matt Williams (August 31, 2016). "Dark matter—hot or not?". Retrieved June 2, 2017..

  • [4]

    ^Cowen, R. (1996). "Tracing the Architecture of Dark Matter". Science News. 149 (6): 87–87. doi:10.2307/3979991. JSTOR 3979991..

  • [5]

    ^Hannestad, Steen; Mirizzi, Alessandro; Raffelt, Georg G.; Wong, Yvonne Y. Y. (2010-08-02). "Neutrino and axion hot dark matter bounds after WMAP-7". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2010 (08): 001–001. arXiv:1004.0695. Bibcode:2010JCAP...08..001H. doi:10.1088/1475-7516/2010/08/001. ISSN 1475-7516..

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