星系尺度上的玻色暗物质研究进展

星系尺度上的暗物质研究通常涉及各种不同的暗物质模型。在这些模型中,冷暗物质模型(CDM模型)受到了广泛关注。基于该理论模型的研究,可以较好地解释星系尺度和宇宙大尺度结构中的一些问题。然而,在研究星系小尺度结构时,存在一些该模型无法解释的观测现象。近年来,玻色-爱因斯坦凝聚暗物质模型(BEC-DM模型)和模糊暗物质模型(FDM模型)作为CDM模型的替代方案,受到了广泛关注和大量研究。在BEC-DM模型中,暗物质粒子被假设为一种处于宏观量子态的玻色子;而FDM模型则将暗物质描述为一个具有波动特性和极小质量的粒子。研究这两种理论模型有助于了解不同理论模型对星系中暗物质密度分布和相关性质的影响。在这一背景下,对星系尺度上的玻色暗物质理论模型及其粒子探测进行了简要概述。回顾了暗物质研究的历史,介绍了暗物质候选粒子及对其的探测方法。重点介绍了BEC-DM模型和FDM模型作为传统CDM模型的替代方案,并探讨了它们在解决问题方面的优势。

开启了中国的空间科学新时代——中国科学院紫金山天文台暗物质和空间天文研究部巡礼

中国科学院紫金山天文台暗物质和空间天文研究部面向现代天文学及宇宙物理学的重大科学前沿,通过发展先进天文探测器技术并研发空间天文观测设施,致力于解决暗物质粒子的本质、太阳日冕物质加热、超铁元素起源、宇宙线起源、宇宙中丢失的重子物质、中子星物态方程等重大的基础性科学问题。

光线弯曲的同频互扰解释——碰撞星系团中不存在“引力透镜”推演出的暗物质

本文通过对光子与引力子的作用分析,提出了光子–光子散射(碰撞)和光线同频互扰可以弯曲光线的新解释,说明光线从大质量发光星球旁边经过时,其光线弯曲程度与星球发光亮度成正比,与该光线距离星球中心的距离平方成反比。本文分析了星系碰撞中的暗物质形成过程,认为星系碰撞中的暗物质应该是由“引力透镜”对星球(亮度)弯曲光线的弯曲程度计算不足形成的,星系碰撞中不存在暗物质。

迄今最精确宇宙地图发布,证明暗物质塑造宇宙

天文学家通过追踪遥远星系团的X射线,重建了近90亿年的宇宙演化历程。他们的分析支持了宇宙学标准模型。根据该模型,神秘暗物质的引力作用是宇宙结构形成的主要因素。“我们没有看到任何偏离宇宙学标准模型的情况。”研究团队成员、德国马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)天体物理学家Esra Bulbul说。研究团队2024年2月14日在预印本平台arXiv上公布了相关研究结果。

薇拉·鲁宾:暗物质“大侦探”

天文学中有个很神秘的概念:暗物质。从字面的意义上说,这种物质是我们所看不到的,而这也是暗物质中“暗”字的来源。既然看不到,那又如何发现它呢?女天文学家薇拉·鲁宾另辟蹊径,帮我们在茫茫宇宙中证认了它的存在。其实,11岁的薇拉便开始痴迷于观察夜晚的星空。每天晚上,小薇拉都会仰望星空好一阵子。不过,她感兴趣的并非是那些具有神话色彩的星座,而是夜空中不停歇的斗转星移,准确地说,她对星星的运动更加感兴趣。随着年龄的增长,小薇拉对星空的兴趣也越来越浓。在父母的支持下,她不仅参加了天文学俱乐部,还着手开始建造自己的望远镜,并且一有机会就找各种天文学书籍来丰富自己的知识,《我们周围的宇宙》《恒星内部结构》等都是薇拉喜欢的书籍。

中子星或是理解暗物质关键

据报道,澳大利亚墨尔本大学领导的ARC暗物质粒子物理卓越中心物理学家在最新一期《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上发表论文称,他们通过计算发现,当暗物质粒子在冷却死亡的中子星内部碰撞并湮灭时,传递的能量会使恒星迅速升温。这项研究首次表明,大部分能量可在几天内储存起来。中子星或许“掌握”着理解神秘暗物质的“钥匙”,为科学家解开宇宙一大谜团提供了方向。

从星系旋转曲线到暗物质假说——2023年高考物理北京卷第20题的分析

2023年高考物理北京卷第20题以“星系旋转曲线与暗物质假说”为背景材料,涉及到天体物理和粒子物理交叉学科的前沿问题,让学生经历科学探究过程,考查学生的科学思维和创新精神.在试题评析的基础上,对试题的情境素材进行分析,展现其背后的内涵.

中国科学家用量子搜寻暗物质获重要进展

中国科学技术大学彭新华教授、江敏副教授等人利用量子精密测量技术探测暗物质诱导的自旋相关相互作用,将此前国际上的探测界限提升50倍以上。国际知名学术期刊《物理评论快报》日前刊发了该成果。在我们的世界,日月星辉乃至自然万物等所有“看得见”的东西,仅占宇宙质量的5%,另外的95%是看不见的暗物质和暗能量。找到暗物质,将会带来物理学的革命性突破,让人类更好地理解宇宙。然而暗物质粒子不发光、不参与电磁相互作用,无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。如何探测到“暗粒子”,是国际物理学研究的重大课题。

暗物质地下探测的前沿技术预研2013年年度报告

“暗物质地下探测的前沿技术预研”主要研究内容是综合前一阶段惰性液体探测器方案、晶体探测器方案、过热液滴探测器方案均基本按计划进行：惰性液体探测器方面,实现液氩模型探测器系统的搭建,实现低温系统、氩气液化、模型探测器系统密封与检测、TPB波长位移板镀膜、高纯氩气纯化、单相液氩发光并探测,为下一步研究、发展液氩探测技术,研究相关探测器参数,实现液氩探测器在锦屏进行地下暗物质的探测打下了基础;并将进一步研究单相液氩探测器的相关参数,研究两相探测方案;晶体探测器已利用北京大学中子束流的进行了n/gamma的相关测试,测试结果表明探测系统、方法工作正常,本底可控,并可以进一步预期使用原子能院更高（3~4个量级）强度束流测试将可达到比较好的测试结果,并实现对晶体n/gamma鉴别能力的定量测量,以确定晶体探测器方案的本底;同时我们将进行18 kg晶体模型探测器的最后组装及测试工作,研究探测器耦合介质、探测器响应、本底水平等;晶体探测技术成熟,大质量的晶体探测器在暗物质探测的截面测量方面仍有一定的优势,特别是在质子自旋相关的暗物质探测方面有显著的优势;过热液滴的气泡探测技术仍然在不断地进步中,截止目前,该课题组已发展并使用放射源测量了过热液滴探测器,实现了探测器对中子的灵敏响应、对gamma的惰性响应;研究了气泡探测器声音信号的频谱特征,设计并初步开发了信号的声频识别系统。我们将继续跟踪国际最新动向,发展相关探测、识别技术。

悟空号:暗物质粒子的探索者

悟空号于2015年12月17日成功进人距地面500公里的太阳同步轨道。在轨运行的前530天,共采集到约28亿例高能宇宙射线,科学团队从中"筛选"出约150万例25GeV以上的电子宇宙射线,基于这些数据成功获取了目前国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测结果。

确定势下SO(2)暗物质宇宙模型场方程求解初探

本文首先给出了在平直R-W时空背景下SO(2)暗物质模型的有效拉氏量表达式,其次对于给定的确定的势V(Φ)求得SO(2)暗物质模型场方程并具体求解了场方程的零级近似解,同时给出了能量密度ρΦ、压强PΦ以及方程中各个参数的表达式.

非重子暗物质的临界波数

本文对非重子暗物质中临界波数的公式作了详细推导，并从任意简并度的一般表达式过渡到两种极端情况（分布函数为完全简并和麦克斯韦分布）下的已知结果．

悟空号暗物质粒子探测卫星

2015年12月17日,由中国科学院研制的悟空号暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer,DAMPE)在酒泉卫星发射中心发射升空,它的核心使命是在宇宙射线电子和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据,并进行天体物理研究。它是我国第一颗暗物质粒子探测卫星,也是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。“悟空”这一具有浓郁中华民族文化的名字,蕴含着科学家们对它的深深期望,希望它能够在太空中大显身手,用它的火眼金睛去发现宇宙暗物质的蛛丝马迹。

暗物质空间探测器BGO量能器的读出设计

暗物质空间探测器是中国科学院紫金山天文台暗物质空间天文实验室提出的,其目的是为了探测暗物质粒子湮灭可能产生的高能电子和伽玛粒子.整个探测器主要由BGO(Bismuth germanate,锗酸铋)高能图像量能器和闪烁体径迹探测器构成.探测器的能量探测范围将覆盖10 GeV到10 TeV的高能电子和伽玛粒子,其中高能粒子的能量主要沉积在BGO量能器中.为了验证探测器方案,紫金山天文台暗物质空间天文实验室设计了暗物质空间探测器BGO量能器的读出系统原型,并对其进行了初步的测试.

再论暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题——从宇宙微波背景辐射B模偏振之发现的物理学意义谈起

进一步探讨暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题,结果认为:(1)以宇宙大部分星系合并成的重力真空星的类似局部暴涨解释了宇宙加速膨胀的可能是暗能量的高比例之源;证明哈佛—史密森天体物理学中心等BICEP2望远镜发现的宇宙微波背景辐射的B模式偏振信号,可能是宇宙暴涨与上述的类似局部暴涨的引力波叠加作用的结果。(2)英国《自然》杂志发表的76个"黑洞"探测所发现的强大的磁场,客观上较强有力地支持作者提出的"黑洞"(暗星)的夸克星模型:由1/3基本电荷的正负夸克以类似于金刚石的正四面体"空间点阵"组成。质能守恒定律提示1/3基本电荷的夸克可能是空心结构。(3)进一步支持"黑洞"(暗星-夸克星)作为暗物质的候选者的可行性。

Q泡暗物质的能量稳定性与激发态

暗物质的理论研究和实验探测是天体粒子物理学中的重要课题,这种物质可能是最轻的超对称粒子构成,并以玻色球和泡的方式存在.在复标量场模型中构造了带U(1)荷的Q泡模型,通过引入两种跑动势的方法计算了Q泡暗物质的特征半径和能量稳定性质,结果得到了Q泡在s基态和p、d、f激发态的U(1)荷和能量,计算了不同能级的能量差,分析了能级的简并性质.这一研究的物理意义在于Q泡暗物质可以发射不同能量的粒子,并为暗物质的实验探测提供一定的理论预测.

暗物质探测器的液氙低温精馏系统研制

针对暗物质探测器中降低介质液氙中放射性氪-85含量可获得高纯度氙的问题,通过Mc-Cabe-Thiele(M-T)法及质量、能量守恒,设计并研制出一种将氪从氙中提取出且可获得高纯度氙气的高效低温精馏系统.该精馏系统中的主要结构精馏塔采用填料塔形式,填料为高效新型规整填料PACK-13C,塔高4m,直径80mm,其中精馏段1.9m,提馏段2.1m.该精馏系统可以在回收率为99%的情况下,以5kg/h(15SLPM)的速率将氙中氪的含量从10-9降低到10-12,这对要求高精度、高灵敏度、低本底的大型暗物质探测器的研制至关重要.

暗物质暗能量的性质与相互关联

最近英国学者据帕拉纳尔天文台的观测数据分析,对宇宙暗物质暗能量研究取得了一些进展.若认为宇宙暗物质是费米型中微子v0eF及其超对称伴子中性微子0eB组成,则据天体演化的2类自由流阻尼标度给出的质量、半径计算式,总结出暗物质特性,结果与观测基本相符,支持热暗物质说,同时也讨论了暗物质与暗能量的相互关联.

MOND理论和暗物质模型的检验

从理论上探讨在地球引力系统内,修正动力学的引力理论以及暗物质模型的预言.着重研究修正动力学(MOND)的引力理论中一些常用的模型,对其中一个最简单模型,给出了球对称情况下引力势的一般表达式,计算了地球引力场中这些模型预言的卫星角速度,发现不同模型给出的角速度是不相同的,并且将这些值分别与牛顿理论的角速度值相比较.虽然这些模型的角速度与牛顿理论角速度的差异都很小,但简单模型的差异更大一些.对于月球作为卫星的情况,目前的技术有可能对这个角速度差进行实际观测.最后估算暗物质模型中月球绕地球运动角速度所受到的影响,证明它远远小于MOND理论的效应.由此对这个角速度差的观测,就构成检验MOND理论与暗物质模型的一个判据.

暗物质和宇宙

暗物质和宇宙ＪｏｈｎＧｒｉｂｂｉｎ著烨苓译荷兰天文学家简·奥尔特（ＪａｎＯｏｒｔ）于３０年代初首先意识到，解释我们邻近星球行为的最合适方式，即为设想有某种不可见的暗物质充斥于大部分空间．当时天文学家已经确认，银河系里的星球在各自的轨道上运行，它们的轨...