藝術(shù)家對(duì)宇宙中具有不同質(zhì)量的暗暈的想象圖。喻京川繪制
　　宇宙中約85%的物質(zhì)成分是暗物質(zhì)，其物質(zhì)屬性和組成與人類(lèi)世界的普通物質(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(chēng)為暗物質(zhì)暈（簡(jiǎn)稱(chēng)暗暈）。
　　9月2日，《自然》發(fā)布了中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員王杰領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)的重要發(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(lèi)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)清晰圖像。
　　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，它們的屬性被天文學(xué)家廣泛研究。但那些比這一質(zhì)量小的暗暈，卻在整個(gè)宇宙演化史中一直保持“黑暗”。因此，雖然它們數(shù)量極多，但人類(lèi)對(duì)其知之甚少。按目前流行的模型推測(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?lài)超級(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?！敝锌圃簢?guó)家天文臺(tái)研究員高亮說(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)?！?br/>　　因此，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，并在中國(guó)廣州天河2、英國(guó)杜倫大學(xué)COSMA以及德國(guó)慕尼黑的超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行了一系列超級(jí)放大宇宙模擬，最終使得質(zhì)量放大倍數(shù)跨越了30個(gè)數(shù)量級(jí)，即一百萬(wàn)億億億倍。
　　論文共同作者、杜倫大學(xué)教授Carlos Frenk說(shuō)：“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8個(gè)‘放大鏡’來(lái)接力，其難度相當(dāng)于在一張?jiān)虑虮砻娴膱D片上找到一只跳蚤。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?！?br/>　　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)。
　　這些小的暗暈到底長(zhǎng)什么樣？“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?！蓖踅苷f(shuō)，“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，而大量更小的暗物質(zhì)團(tuán)塊在其相對(duì)靠外的空間環(huán)繞。”
　　也就是說(shuō)，如果不知道比例尺，人們?cè)趫D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。
　　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)，可以讓天文學(xué)家利用各種工具去探測(cè)它們，比如引力透鏡、動(dòng)力學(xué)和伽馬輻射暴的監(jiān)測(cè)。
　　根據(jù)目前的一些理論推測(cè)，大量暗物質(zhì)粒子會(huì)在致密的暗暈中心相互碰撞，從而湮滅產(chǎn)生伽馬輻射暴。
　　“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禃灐！钡聡?guó)馬普天體物理所教授Simon White說(shuō)，“未來(lái)的伽馬射線觀測(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‘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)——暗物質(zhì)可能并不是我們想象的那樣‘完全’是黑暗的?！?br/>　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2642-9
　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2020-09-04 第1版 要聞）