【博科园-科学科普-留言评论或建议有惊喜哦~( ^_^)】地球附近的暗物质到底有多快?暗物质的速度对现代天体物理学研究有着深远的影响，但这一基本特性多年来一直困扰着研究人员。在1月22日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一篇论文中，一个由天体物理学家组成的国际团队提供了第一个线索：事实证明，解开这个谜团的答案，就在银河系中一些最古老的恒星之间。
普林斯顿大学的物理学助理教授Mariangela Lisanti说：从本质上讲这些古老的恒星是无形的暗物质的测速仪，测量它在地球附近的速度分布。你可以把最古老的恒星看作是暗物质的发光示踪物。暗物质本身也许我们永远看不到，因为它没有向任何可观测的程度发射光——它对我们来说是不可见的，这就是为什么我们很难对它说任何具体的东西。为了确定哪些恒星表现得像不可见的和无法探测的暗物质粒子，Lisanti和她的同事们转向了一个计算机模拟，Eris使用超级计算机来复制银河系的物理，包括暗物质。
图为银河系。图片版权：R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA
研究论文的合著者本科生约拿·赫尔佐格-阿尔比特曼(Jonah herzogar - arbeitman)说：假设有一些恒星的子集由于某种原因会与暗物质的运动相匹配。herzogar - arbeitman和Lina Necib是加州理工学院的另一位合著者，他从Eris的数据中生成了大量的图表，将暗物质的各种性质与不同的恒星亚群的属性进行了比较。他们的重大突破在于，他们将暗物质的速度与不同的“金属城市”的恒星的速度进行了比较，或者将重金属与较轻的元素的比值进行比较。
这条代表暗物质的曲线与最不重金属的恒星相匹配:“我们看到了所有的线条，这是一个非常合理的想法的一个很好的例子。几十年来天文学家已经知道，金属可以作为恒星年龄的代表，因为金属和其他重元素是在超新星和中子星的合并中形成的。与银河系合并的小星系通常相对较少这些重元素。暗物质和最老的恒星之间的关系并不奇怪。暗物质和这些老恒星有着相同的初始条件：它们从同一个地方开具有相同的属性……所以在一天结束的时候，它们都是通过重力作用的是有道理的。
为什么它很重要？
自2009年以来研究人员一直在试图直接观察暗物质，将非常致密的物质——通常是氙深埋在地下，等待着穿过地球的暗物质与之相互作用。Lisanti将这些“直接探测”实验比作一场台球游戏：当暗物质粒子在原子中散射出原子核时，碰撞类似于两个台球互相撞击。如果暗物质粒子的质量比原子核小得多，那么碰撞后原子核就不会移动很多，这就使得我们很难注意到发生了什么。这就是为什么限制暗物质的速度如此重要的原因，她解释道：如果暗物质粒子既慢又轻，它们可能没有足够的动能来移动核“台球”，即使它们正好撞到其中一个。
但是如果暗物质的运动速度更快，它就会有更多的动能。这增加了碰撞的几率，原子核的反冲会更大，所以你可以看到它。最初科学家们期望看到足够多的粒子相互作用——足够的移动的弹子球——能够推导出暗物质粒子的质量和速度。因此像Lisanti和她的同事这样的研究人员并没有利用这些相互作用来确定速度，而是希望翻动这个脚本，并利用这个速度来解释为什么直接检测实验还没有发现任何东西。
Lisanti说：这种失败——至少是如此远的直接检测实验导致了两个问题。我怎么才能算出这些东西的速度呢？难道我们没有看到任何东西，因为速度分布上有什么不同于我们的预期吗？有一个完全独立的方法来计算暗物质的速度，有助于阐明这一点。但到目前为止，这只是理论上的。现实世界的天文学并没有发现Eris模拟所产生的大量数据，所以Lisanti和她的同事们还不知道我们的银河系最古老的恒星运动的速度有多快。
幸运的是欧洲航天局(European Space Agency)的盖亚(Gaia)望远镜正在收集这些信息，该望远镜自2014年7月以来一直在扫描银河系。到目前为止只公布了一小部分恒星的信息，但是完整的数据集将包含更多关于近10亿颗恒星的数据。从目前和即将到来的恒星调查来看，地平线上的大量数据将提供一个独特的机会来理解暗物质的基本特性。
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参考：物理快报
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：普林斯顿大学
编译：中子星
审校：博科园
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