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天文學家可以利用合成宇宙來解開暗物質之謎

宇宙


天文學家可以利用合成宇宙來解開暗物質之謎


（左）魯賓天文臺模擬宇宙的樣子（右）羅馬太空望遠鏡模擬宇宙的外觀（圖片來源：J.Chiang（SLAC），C.Hirata（OSU）和美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心）
據美國太空網（Robert Lea）：科學家們已經使用超級計算機創建了一個“合成宇宙”，這將有助于預測下一代超級望遠鏡在睜開眼睛看到宇宙時會看到什么 。
這些望遠鏡都將是“暗宇宙”偵探，因為它們將調查宇宙學中兩個最緊迫的謎團：暗能量和暗物質，有時統稱為“暗宇宙 ?！敝档米⒁獾氖?，這一消息是在耗資100億美元的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）于7月12日慶祝兩年來取得科學成果之際發布的 。JWST對天文學產生了巨大的影響，研究人員仍在努力了解它所看到的一些令人驚訝的事情 。
當美國國家航空航天局的南?！じ窭姿埂ち_馬太空望遠鏡和維拉·C·魯賓天文臺開始探索宇宙時 ， 新生成的合成宇宙應該有助于科學家避免至少一些同樣令人驚訝的元素，盡管這些望遠鏡無疑仍將揭示一些意想不到的樂趣 。
這個模擬宇宙是由伊利諾伊州阿貢國家實驗室的Theta超級計算機創建的，是名為OpenUniverse的更廣泛項目的一部分 。
模仿宇宙由近400萬張模擬圖像組成 ， 這些圖像描繪了將于2027年發射的Roman和目前正在智利北部Cerro Pachón山山頂建造的地球魯賓應該看到的宇宙 。
管理該項目超級計算機時間的阿貢高能物理部門副主任Katrin Heitmann在一份聲明中表示：“使用阿貢國家實驗室現已退役的Theta機器 ， 我們在大約九天內完成了在筆記本電腦上需要大約300年才能完成的任務 ?！??！斑@些結果將塑造Roman和Rubin未來照亮暗物質和暗能量的嘗試，同時為其他科學家提供他們能夠使用望遠鏡數據探索的事物類型的預覽 。”
照亮黑暗的宇宙
盡管是非常不同的天文臺，但距離地球約100萬英里的Roman和位于智利北部干燥晴朗大氣中高海拔地區的Rubin都將調查暗能量的奧秘 。
“暗能量”是驅動宇宙不斷加速膨脹的神秘力量的占位符；這種擴張的性質本身仍然是個謎 。事實證明，這種物質對科學家來說很麻煩，因為暗能量主導著宇宙，約占宇宙總物質能量預算的68%至70% 。
OpenUniverse模擬可以幫助科學家更好地了解當Roman和Rubin開始提供圖像時他們將看到的暗能量特征 。這可能意味著，即使是微弱的暗能量指紋 ， 也可能在一開始就產生重要的科學成果 。
“OpenUniverse讓我們能夠校準我們對這些望遠鏡所能發現的東西的期望 ， ”幫助創建模擬的國家加速器實驗室的科學家Jim Chiang在聲明中說 ?！斑@給了我們一個機會來鍛煉我們的處理管道，更好地理解我們的分析代碼，并準確地解釋結果 ， 這樣我們就可以在真正的數據開始輸入后立即準備使用它 ?！?br>
天文學家可以利用合成宇宙來解開暗物質之謎


來自OpenUniverse項目的模擬圖像，顯示了羅馬太空望遠鏡在向宇宙睜開眼睛時會看到什么（圖片來源：C.Hirata和K.Cao（OSU）以及美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心）
Roman和Rubin也將對理解暗物質產生影響，暗物質約占宇宙中剩余物質和能量的26% 。這項任務對魯賓來說尤其富有詩意，因為它是以美國天文學家維拉·魯賓的名字命名的，她證實了星系中存在暗物質 。
暗物質是有問題的 ， 因為它既不與光也不與普通物質相互作用——或者，如果它與光相互作用，這些相互作用是如此微弱和罕見 ， 我們無法檢測到它們 。這意味著暗物質不能像日常物質那樣由電子、質子和中子組成 。這是因為日常物質肯定會與光和自身相互作用 。
天文學家只能從暗物質與引力的相互作用中推斷出暗物質的存在，而引力反過來又會影響日常物質和光線的通過 。
魯賓和羅曼將尋找這些效應 。羅曼以美國國家航空航天局第一位科學負責人南?！じ窭姿埂ち_曼的名字命名，她被親切地稱為“哈勃之母”，并曾推動建造強大的太空望遠鏡 。
魯賓和羅曼即將進行的這項暗宇宙調查將是一項艱巨的任務 。魯賓將于2025年開始運營 ， 將依靠有史以來建造的最大的數碼相機來研究暗宇宙，而羅曼將提供比哈勃太空望遠鏡或JWST更廣闊的宇宙視野 。
事實上，即使模擬這些望遠鏡將看到的東西也是一項復雜的任務，需要大量的計算能力 。然而，既然已經完成，OpenUniverse團隊相信，好處很快就會不言而喻 。
Kiessling總結道：“我們在簡化這些管道并使其可用方面取得了驚人的進步 。” ?！艾F在我們希望人們開始使用模擬來了解我們可以做出哪些改進 ， 并準備盡可能有效地使用未來的數據 。”