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最近，國(guó)際最高科學(xué)期刊 "自然" 發(fā)表了由國(guó)家天文臺(tái)研究員王杰領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)的重要理論發(fā)現(xiàn)。他們利用超級(jí)計(jì)算機(jī)和一種新的多放大模擬技術(shù)，第一次獲得了宇宙中暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的清晰圖像，從最小的類地球質(zhì)量到目前標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型下最大的質(zhì)量超星系團(tuán)。

宇宙中約 85% 的物質(zhì)是暗物質(zhì)，其物理性質(zhì)與構(gòu)成恒星、行星和人類世界的普通物質(zhì)有很大不同。這些暗物質(zhì)的引力塌陷所形成的結(jié)構(gòu)稱為暗暈。普通物質(zhì)的氣體冷卻并聚集在暗暈的中心，從而形成明亮的恒星、星系和整個(gè)明亮的世界。

在宇宙中，最大質(zhì)量的暗暈是由數(shù)百個(gè)明亮星系組成的巨大星團(tuán)，約為太陽(yáng)質(zhì)量的 100 萬(wàn)億倍，天文學(xué)家對(duì)其特性進(jìn)行了廣泛的研究。因?yàn)楹阈呛托窍抵荒茉诒忍?yáng)重一百萬(wàn)倍的暗暈中形成，所以在整個(gè)宇宙演化過(guò)程中，那些較小的暗暈只能保持 "黑暗"。它們非常多，但人類對(duì)它們知之甚少。根據(jù)流行的暗物質(zhì)屬性模型，可以推斷宇宙中的最小暗暈質(zhì)量可能與地球的相同。

我們只能依靠超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬宇宙的演化來(lái)研究這些黑暗的光暈。" 國(guó)家天文臺(tái)的合著者強(qiáng)調(diào)，有必要開(kāi)發(fā)一種新技術(shù)，在整個(gè)宇宙背景下研究太陽(yáng)系大小光暈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

從未知開(kāi)始，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)用了五年時(shí)間開(kāi)發(fā)和測(cè)試了這個(gè)模擬程序，并進(jìn)行了一系列超放大的宇宙模擬，最終使質(zhì)量放大率超過(guò) 30 個(gè)數(shù)量級(jí)，即 10100 萬(wàn)億倍。

這個(gè)數(shù)字意味著什么？"這個(gè)在宇宙的一個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行的超放大模擬，需要用八個(gè)‘放大鏡’繼電器來(lái)放大。放大率相當(dāng)于在每月的圖片中找到一只跳蚤。" 杜蘭大學(xué)（Duran University) 的合著者卡洛斯·弗蘭克（Carlos Frank) 教授說(shuō)，單是這一點(diǎn)就對(duì)科學(xué)家模擬原始條件的程序的準(zhǔn)確性和可靠性構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。在我們整個(gè)研究領(lǐng)域從未遇到過(guò)這種挑戰(zhàn)。" 卡洛斯·弗蘭克（Carlos Frank) 說(shuō)。

保持云層向月球開(kāi)放。通過(guò)這些超放大的模擬，該小組能夠可靠和徹底地研究從地球到超星系團(tuán)的質(zhì)量暈的形成、演化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

據(jù)推測(cè)，這些小暗暈應(yīng)該不同于熟悉的超暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)。" 但令王杰等人驚訝的是，所有質(zhì)量暈都有非常相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu) -- 中心致密，外部逐漸稀疏，還有大量較小的暗物質(zhì)團(tuán)被相對(duì)外層空間包圍。

如果你不知道尺度，就很難區(qū)分巨大的暗暈團(tuán)和地球大小的極微小的暗暈。" 王杰說(shuō)。

這些對(duì)小質(zhì)量暗暈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解，將使天文學(xué)家能夠利用各種工具來(lái)探測(cè)它們，如引力透鏡、動(dòng)力學(xué)和伽馬暴的監(jiān)測(cè)。根據(jù)一些理論，大量暗物質(zhì)粒子將在致密的暗暈中心相互碰撞，從而湮沒(méi)產(chǎn)生伽馬輻射爆炸。

我們的結(jié)果預(yù)測(cè)，很大一部分輻射來(lái)自極小的暗暈，它們太小，無(wú)法形成恒星。"德國(guó)楓樹(shù)天體物理研究所的合伙人西蒙·懷特教授說(shuō)，" 未來(lái)，伽馬射線觀測(cè)很可能捕捉到這些輻射信號(hào)，讓我們瞥見(jiàn)‘超級(jí)矮人’在宇宙中的‘真實(shí)外觀’。"這將幫助我們檢驗(yàn)關(guān)于暗物質(zhì)性質(zhì)的假說(shuō)，即暗物質(zhì)可能不是" 完全 " 黑暗。