光明網(wǎng)訊（記者宋雅娟 趙宇豪）北京時(shí)間2020年9月3日凌晨，國(guó)際科學(xué)期刊《自然》發(fā)布國(guó)家天文臺(tái)王杰研究員領(lǐng)銜的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要理論發(fā)現(xiàn)。他們利用中國(guó)和歐洲的超級(jí)計(jì)算機(jī)，采用一項(xiàng)全新的多重放大模擬技術(shù)，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下，首次獲得了宇宙中從最小的類似地球質(zhì)量大小到具有最大質(zhì)量的超級(jí)星系團(tuán)（跨越20個(gè)數(shù)量級(jí)）的暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的清晰圖像。

　宇宙中約85%的物質(zhì)成分是暗物質(zhì)，其物質(zhì)屬性和組成恒星、行星以及我們?nèi)祟愂澜绲钠胀ㄎ镔|(zhì)截然不同。這些暗物質(zhì)受引力塌縮，形成的結(jié)構(gòu)體則被稱為暗暈。而普通物質(zhì)的氣體通過(guò)冷卻、聚集于暗暈中心，從而形成璀璨的恒星，星系以及整個(gè)光明的世界。

　　宇宙中最大質(zhì)量的暗暈是包含數(shù)百個(gè)亮星系的巨型星系團(tuán)，其質(zhì)量大約是太陽(yáng)的百萬(wàn)億倍，它們的屬性已經(jīng)廣泛的被天文學(xué)家研究了。 因?yàn)楹阈呛托窍抵荒茉诒忍?yáng)重百萬(wàn)倍的暗暈里形成，對(duì)于那些比這一質(zhì)量小的暗暈，它們?cè)谡麄€(gè)宇宙演化歷史里一直保持“黑暗”。它們數(shù)量極多，人類卻對(duì)其知之甚少。根據(jù)目前流行暗物質(zhì)屬性模型推測(cè)，宇宙中最小的暗暈質(zhì)量可能和地球相當(dāng)。

　　“因?yàn)樗鼈兊暮诎?，我們只能依賴超?jí)計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬宇宙的演化來(lái)研究這些黑暗的超微暗暈?！眮?lái)自國(guó)家天文臺(tái)的合作者高亮研究員說(shuō)，“為了在整個(gè)宇宙的背景框架下研究只有太陽(yáng)系大小暗暈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們需要開(kāi)發(fā)一種全新的技術(shù)?！?/p>

　　來(lái)自中國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)5年，開(kāi)發(fā)、測(cè)試模擬程序，并運(yùn)行了一系列超級(jí)放大宇宙模擬，質(zhì)量放大倍數(shù)跨越30個(gè)數(shù)量級(jí)（1后面30個(gè)0）。也即一百萬(wàn)億億億倍。

? ? ? ?“在宇宙中一個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行的這一超級(jí)放大模擬，需要利用八個(gè)‘放大鏡’接力去放大。其放大程度相當(dāng)于在一張?jiān)虑虮砻娴膱D片找到上面的一只跳蚤。想想如何逐次去配置每一個(gè)新的‘放大鏡’使新獲得的圖像和原來(lái)的一樣精確清晰就對(duì)我們模擬原初條件的精度和程序的精確度和可靠度提出了巨大的挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)是我們整個(gè)領(lǐng)域都從未遇到過(guò)的，也是我們從業(yè)以來(lái)所遇到的最艱難的一次?！眮?lái)自Durham大學(xué)的共同作者Carlos Frenk教授說(shuō)到。

　　這些超級(jí)放大的模擬使該團(tuán)隊(duì)得以可靠并詳盡地研究從地球到超級(jí)星系團(tuán)質(zhì)量暗暈的形成、演化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　“人們一直猜測(cè)那些小的暗暈應(yīng)該和我們熟悉的超大暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，但令人驚嘆的是我們發(fā)現(xiàn)所有質(zhì)量的暗暈竟然均具有極為相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——中心致密，往外逐漸稀疏，而大量的更小的暗物質(zhì)團(tuán)塊在其相對(duì)較外的空間環(huán)繞?！蓖踅苎芯繂T說(shuō)到：“如果不知道比例尺，在圖像上幾乎很難區(qū)分一個(gè)巨大的星系團(tuán)暗暈和一個(gè)只有地球質(zhì)量大小的超微暗暈?！?/p>

　　這些新獲得的對(duì)小質(zhì)量暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)將讓天文學(xué)家可以利用各種工具去探測(cè)它們，比如引力透鏡，動(dòng)力學(xué)和伽瑪輻射爆的監(jiān)測(cè)。

　　根據(jù)目前的一些理論推測(cè)，大量的暗物質(zhì)粒子會(huì)在致密的暗暈中心相互碰撞，從而湮滅產(chǎn)生伽馬輻射爆。

　　“我們的結(jié)果預(yù)測(cè)很大一部分輻射來(lái)自于那些因?yàn)樘《荒苄纬珊阈堑某禃??！眮?lái)自德國(guó)馬普天體物理所的合作者Simon White教授說(shuō)到，“未來(lái)的伽瑪射線觀測(cè)極可能捕捉到這些輻射信號(hào)， 從而讓我們一窺這些宇宙中的‘超級(jí)小矮人’的‘真容’。這將幫助我們驗(yàn)證關(guān)于暗物質(zhì)本質(zhì)的假設(shè)——可能暗物質(zhì)可能并不是我們想象的‘完全’是黑暗的。”

　　這一超級(jí)模擬在中國(guó)廣州天河2，英國(guó)Durham的COSMA，德國(guó)慕尼黑的超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成。本研究共包括7位作者，來(lái)自中國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)四個(gè)國(guó)家四家單位。

　　論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2642-9。