无碰撞简并粒子系统的引力不稳定性

无碰撞粒子系统引力不稳定性研究的重要性源于:(1)在各种尺度的恒星系统(星系、星系团等等)中,平均碰撞时间与该系统的动力学时间相比较是很大的.故这些系统都是无碰撞系统;(2)占宇宙绝大部分质量的暗物质,极可能是宇宙早期遗留下来的大量静质量不为零的粒子(如中微子等),由于这些粒子间的相互作用很弱,都应视作无碰撞引力系统.在标准宇宙模型中,像宇宙中微子那样的暗物质粒子在宇宙早期已从热平衡中退耦,且保持着退耦前的Fermi分布形式.Weinberg首先指出了存在完全中微子简并的情况.讨论星系及宇宙大尺度结构的形成与演化,有必要研究无碰撞简并粒子系统的引力不稳定性.在应用动力学方法研究无碰撞等离子体的稳定性问题中,已建立起很多成熟的方法.虽然无碰撞引力系统与无碰撞等离子体有一定的相似性,但是它们间还是存在着一些很基本的差别:等离子体在大尺度上是中性的,可形成稳态的均匀平衡结构;而引力系统不会形成稳态的均匀平衡位形.自引力系统的这种本质上的不均匀性,使得研究这种系统的稳定性问题大为复杂化.Sweet曾指出,当扰动的波长可与系统的尺度相比拟时,这种宏观不稳定性问题的研究就变得极其困难.不过,假定自引力系统与静电的等离子体一样,可以形成一个无限大的均匀介质,这会在数学处理上     

暗物质三维图像描绘星系历史

研究人员揭示了宇宙一部分不为人知的3-D图像——过去,宇宙学家花了20年时间绘制了一张宇宙的图像,揭示的大量可见星系并不是随机排列,而是呈现出惊人的结构;现在,科学家正在探测的结构是宇宙中一种看不见的“暗物质”,正是暗物质的引力作用使星体凝聚到一起形成了星系,并使星系聚集成半径达数千万光年的星系团。     

研究人员揭示了宇宙一部分不为人知的3-D图像——暗物质三维图像描绘星系历史

过去，宇宙学家花了20年时间绘制了一张宇宙的图像，揭示的大量可见星系并不是随机排列，而是呈现出惊人的结构；现在，科学家正在探测的结构是宇宙中一种看不见的“暗物质”，正是暗物质的引力作用使星体凝聚到一起形成了星系，并使星系聚集成半径达数千万光年的星系团。     

破解暗物质失踪之谜

正2019年,科学家宣布,发现黯淡超发散星系(简称"UDF")中严重缺乏暗物质的第二例——NGC1052-DF4星系(简称"DF4")。第一例是NGC1052-DF2(简称"DF2"),而DF4的发现进一步说明暗物质数量不够的星系真的可能存在。问题是:根据现有模型,星系的形成首先就需要暗物质。那么,怎么可能存在暗物质不够的星系?既然连暗物质都严重缺乏,又怎么可能形成星系?科学家并不清楚暗物质是什么,也不能直接探测暗物质,但知道大多数星系的引力都比在只有正常、可探测物质情况下的引力强得多,     

基于多波段观测的星系循环内流直接观测

<正>在目前基于暗物质的星系演化理论框架下,星系形成在引力自束缚的暗物质系统——暗物质晕中.在引力作用下,暗物质晕相互并合形成今天观测到的“宇宙网”大尺度结构.一般来说,暗物质晕的物理尺度是星系尺度的几十到上百倍.在星系与暗物质晕之间弥散有大量以氢元素和氦元素为主的重子物质,其中氢元素占比约为74%,氦元素占比约为25%,剩下的重元素占比约为1%.     

暗物质粒子平均每分钟撞击一次人体

根据几项暗物质探测项目获得的数据,平均大约1分钟就会有暗物质粒子击中人体。暗物质不同于常规物质,它们完全不可见。科学家们之所以能知道它们的存在,是因为它们会对宇宙中的星系和星系团产生引力作用。科学家们估算认为这种神秘的暗物质占到了整个宇宙中所有＂物质＂总量的80%。到目前为止,尚没有任何人能够确定地指出暗物质的组成粒子究竟是什么。     

前沿

正发现"暗物质加热"独特现象存在的证据科学家首次发现了一种名叫"暗物质加热"的独特现象存在的证据。这项新研究指出,暗物质(一种占宇宙中物质总量27%的隐形物质)可以被星系内部活动加热并四处移动。随着新恒星的形成,由此产生的强风会将气体与尘埃推开,使星系中央的质量向外转移,而制约暗物质的引力也会随之受到影响,向星系外部移动。该研究对附近的矮星系展开了分析,试图寻找该星系中     

星系大碰撞

尽管星系常常被认为是很稳定的结构,但是从天文学的时间尺度来讲,和星球之间的碰撞一样,星系之间的碰撞在星系演变过程中也是司空见惯的现象.由于星系中物质的分布比较稀疏,所以星系碰撞并非一般意义上的碰撞,而是一种引力交互作用.     

星系观测能用相对论性引力解释吗？

我们考虑了各种可供选择的引力理论,用来作为星系动力学而不引入任何暗物质。我们将这些相对论性引力理论的预言与各种实验数据(牛顿极限、光的偏转和延迟、星系旋转、引力透镜效应及等效原理等)进行了比较,发现不引入暗物质的话,任何引力理论都不能解释银河系的行为。     

什么是暗物质?

虽然暗物质的存在已经得到了大量的天文观测的支持,但暗物质的属性是什么仍然是个未解之谜.近期暗物质探测的实验和理论研究均取得了长足的进展.本文从暗物质问题的提出讲起,介绍了暗物质的基本特点和可能的粒子物理候选者,之后详细介绍了暗物质研究的最新进展.(1)暗物质研究的早期历史.从星系旋转曲线、引力透镜、微波背景辐射等方面介绍了暗物质的观测证据,特别是暗物质丰度起源的标准热退耦理论机制和典型的暗物质粒子候选者,如弱相互作用有质量粒子等.(2)暗物质粒子的实验探测的基本原理和手段,如地下直接探测和空间间接探测等.重点综述了近期实验研究的进展.在地下直接探测方面综述了10 Ge V以下轻质量暗物质的探测实验:Super CDMS(super cryogenic dark matter search),CDEX(China dark matter experiment)等,以及大质量暗物质探测中的液氩探测器Dark Side等.(3)暗物质未来的碰撞方向性探测实验,如DRIFT(directional recoil identification from tracks),MIMAC(MIcro-tpc MAtrix of Chambers)等.在空间间接探测方面介绍暗物质湮灭到宇宙线粒子中涉及到的宇宙线粒子产生和传播的基本理论.(4)已有的实验,如Fermi-LAT(Fermi large area telescope)和AMS(Alpha magnetic spectrometer)-02在高能宇宙线电子和核子方面已经取得的成果,特别是近期DAMPE(dark matter particle explorer)卫星实验的首个结果中看到的正负电子总流强中的新现象和疑似反常现象以及AMS-02的反质子结果对暗物质搜寻的影响.展望了未来在反核子,如反氘和反氦方面可能取得的结果及其对暗物质研究的重要性.     

修正牛顿定律?

暗物质的提出是为了解释星系动力学,而对牛顿引力理论的修正或许能提供更好地解释-- 宇宙似乎是由不可见的成分所主导,天文学家将此称之为暗物质和暗能量.存在暗物质的天文学证据已经很明显:在河外星系中,天体的旋转速度超过了用可见恒星和气体所能解释的速度.     

发现没有恒星的星系

最近,天文学家首次发现了一个不存在任何恒星的黑暗星系。这个被称为“VIRGOH121”的星系被认为是由氧云和暗物质组成,暗物质是拥有巨大的引力、却又不可见的奇异物质。由于黑暗星系不发出可见光,所以科学家是通过追踪由氢原子发出的无线电波来发现它的。“VIRGOH121”星系中包含的气体足以形成1亿颗太阳大小的恒星,但是其中被观察到的氢原     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

带电荷的暗物质候选者

多年来,天体物理学家们认为电中性的弱作用大质量粒子（weakly interacting massive particles,WIMPs）是最信得过的暗物质候选者,它们只通过引力与普通物质起作用。对于带有电荷的大质量粒子（charged massive particles,CAHAPs）也曾有人建议将它们列为暗物质候选者,但在位于地下废矿井内的一些粒子探测装置未探测到这类暗物质粒子的任何征兆后,十多年前,科学家们就中止了对它们的研究。     

暗物质藏身矮星系

天文学家最新研究发现,神秘的暗物质很可能隐身于大星系碰撞过程中形成的矮星系里。暗物质是不会发出或反射光线的物质,它们构成了宇宙质量的大部分。科学家发现了3个矮星系,它们的质量是其中星体和气体总质量的两倍,     

将MOND应用于太阳系

观测发现一些旋涡星系外围的恒星绕星系中心转动的速度相当地大,但它们既未飞出星系,也难以用牛顿的引力定律解释.一般认为,这暗示众星之间存在着大量暗物质,它们大部分分布在星系的外围,提供着额外的引力,从而加快了这部分区域内恒星的运动速度.     

暗物质粒子探测卫星研究进展

天文观测表明,宇宙中广泛存在暗物质,其丰度是普通物质的5倍,占宇宙总能量份额的约1/4.自20世纪30年代天文学家通过引力观测发现暗物质以来,经过近百年的探索,其物理本质至今仍然不为我们所知.另一个世纪谜题是高能宇宙射线的起源、加速和传播.暗物质的本质和宇宙射线的起源位列美国国家研究委员会(National Research Council)遴选出的21世纪11个宇宙物理学重大科学问题之列.探测暗物质粒子也是世界各国竞争异常激烈的科技热点.我国发射的暗物质粒子探测卫星,其主要的科学目标即通过精确观测高能宇宙射线电子和伽马射线来间接探测暗物质粒子.作为一个高能粒子探测器,暗物质粒子探测卫星观测数据也可用于宇宙射线物理和相关天体物理研究.基于暗物质粒子探测卫星的数据,我们得到了对宇宙射线电子和质子能谱的最为精确的测量,揭示了能谱上的新结构,为限制暗物质粒子属性和理解宇宙射线起源提供了重要数据.暗物质粒子探测卫星还探测到约250个伽马射线点源以及银河系弥散伽马射线辐射.本文综述了暗物质粒子探测卫星的设计、运行和数据分析进展.     

暗物质越多 黑洞越大

<正>黑洞坐落在每个大质量星系的中心。科学家现在相信,星系的这颗黑暗心脏是由它周围的暗物质云塑造的。科学家通过观测椭圆星系,来调查黑洞与暗物质云之间关系。椭圆星系是在较小的星系合并成一个橄榄球形状的星系时形成的,它们的暗物质也合并在一起。目前尚不清楚暗物质怎样控制黑洞生长,但新     

宇宙是无限的吗?

如果引力强度能象光强度那样相加起来的话,对上述问题的回答是肯定的。光和引力都以同样的方式随着距离的远近而变化,但两者之间的相同点仅止于此。牛顿早在三百年前就证明,一个位于某一球形物质中心的物体受到的引力是零。因为其中一个半球的物质产生的引力将与另一半球产生的引力相互抵销。假如宇宙的确像某些宇宙模型那样是无限的,恒星和星系都均匀地分布宇宙空间,那么,整个宇宙作用于地球的全部引力不是无限大,而是相反,即引力为零。然而,光却不能象引力那样相互抵销。来自两个光源的光波,中途相遇时其亮度将会增加。众多的光线能叠加在一起的这一事实导致了著名的“Olbers悖论。”     

暗物质研究的曙光

几十年前,暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假