早期宇宙中古代星系物质性质的新证据

发布时间：2023-04-05 19:12:21 栏目：生活

导读 意大利的天体物理学家从詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)对13亿年前星系的探测以及第一个星系的新颖最先进的数值模拟中揭示了物质的性质。这项研

意大利的天体物理学家从詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)对13亿年前星系的探测以及第一个星系的新颖最先进的数值模拟中揭示了物质的性质。这项研究为宇宙中物质本质的谜题增加了另一块。

虽然普遍接受的结构形成范式是基于仅受引力相互作用的非相对论性物质，即“冷”暗物质，但主张解决标准情景的小尺度问题的替代可能性依赖于以下假设：暗物质是由具有小的，不可忽略的热速度的温暖粒子组成的，即“温暖”暗物质。



“我们发现，最近在大爆炸后十亿年的第一部分中发现的JWST星系是物质本质的宝贵探测器，”意大利国家天体物理研究所(INAF)的研究员Umberto Maio博士说，的里雅斯特天文台，也是描述刚刚发表在《天文学与天体物理学》上的发现的论文的主要作者。

研究表明，暗物质是宇宙中物质的主要成分，由质量大于2 keV的“冷”或轻度“暖”粒子组成。粒子质量等于或轻于该极限的暗物质模型被排除在研究之外。

虽然以前的工作已经排除了通过使用最近时代的数据来区分物质性质的可能性，但需要更早的数据和临时数值模拟 - 新研究的基础 - 来提供有关原始星系统计趋势的信息并打破模型的简并。

“我们所做的是应用我们新的，复杂的，早期星系形成的数值实现来解释最新的JWST数据，”Maio博士说。“我们看到，在第一批恒星和星系形成的时期，宇宙中存在的结构的可见特性取决于暗物质粒子的质量。

事实上，这项研究发现有证据表明，宇宙学恒星形成的数量，紫外线光度和分子丰度在不同的暗物质模型中有所不同，这些变化可以与最新的JWST数据形成对比，这是第一个到达“古代”宇宙的数据。

这项研究是的里雅斯特INAF-天文台和意大利的里雅斯特国际高级研究学院之间的合作。“这项研究建立在JWST探测到的前五亿年中对星系的特殊观测之上，并于2022年底提前发布，”的里雅斯特国际高级研究学院的Matteo Viel教授说，该研究的合著者。“这是科学数据在如此原始时代限制暗物质性质的重要应用。多亏了JWST，我们观察了宇宙中最遥远的星系，它们的特性为我们提供了有关其成分的清晰信息。

这一重大成就是由JWST促成的，JWST是美国国家航空航天局(NASA)，欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)之间的国际合作。该研究表明，在小尺度的微弱物体上，星系光度函数和星系相关函数这两个可观测值，特别是当结合使用时，是区分不同暗物质模型的有希望的工具。这项研究的结果也与星系际介质“宇宙网”在最近几个时代的特性一致。

“在未来，当更多关于小型，昏暗，年轻来源的数据可用时，早期恒星质量统计数据和星系一氧化碳排放可能会带来进一步的暗示，”科学家总结道。这些早期星系的发现表明，这些结构只能在十亿年的几分之一内形成 - 这相当于宇宙学背景下的眨眼。因此，在不久的将来，越来越多的原始恒星形成星系的探测将是可能的，这将为更好地理解物质的本质铺平道路。