超百万个黑洞的3D地图追溯宇宙暗物质的存在之处

2024-08-16科学

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新的Quaia 3D宇宙地图有望为探索宇宙的结构提供重要的帮助

一个由百万个黑洞组成的庞大地图标记着宇宙中暗物质的所在地

在上方代表Quaia星表的3D图像中，每个小点都是一个类星体。中间的空隙是银河系的平面，因挡住了视线让天空一分为二

这张由盖亚飞船提供的数据汇编而成的地图显示了暗物质在太空中的分布与宇宙微波背景辐射图所述相吻合。

一张庞大的宇宙地图由近130万个类星体的位置拼凑起来构成；其中一些类星体在大爆炸后仅在15亿年就存在了。

通过将这张新地图与宇宙微波背景辐射（CMB）进行比较，科学家们大致验证了宇宙中物质的分布和密度，为大型结构在宇宙历史中的演化提供了更多线索。这张地图基于1,295,502个类星体的位置和红移的目录，被称为「Quaia」，这个名字是「类星体」（quasar）和「盖亚」（Gaia）的组合词，后者指的是欧洲航天局的盖亚测量太空任务。盖亚的主要目标是绘制银河系中多达十亿颗恒星的位置和运动，但在此过程中，它也观测到了数百万个背景星系和类星体。

西班牙多诺斯蒂亚国际物理中心的凯特·斯托里-费舍尔在一份声明中表示：「我们能够测量早期宇宙中物质聚集的方式，其精确度堪比一些大型国际调查项目的测量结果——考虑到我们的数据是来自以银河系为重点的盖亚项目的额外数据，这非常了不起。」斯托里-费舍尔领导了绘制地图的团队，她在纽约大学攻读博士学位期间开始了这个项目。

类星体为绘制宇宙地图的人提供了极好的指导方针。类星体是活动星系的核心，这也是超大质量黑洞吞噬巨量物质的地方。虽然光逃不出黑洞，但落到黑洞上的物质会在黑洞口周围螺旋的吸积盘中形成有序的队列。这个吸积盘变得非常致密，气体分子之间的摩擦使该区域的温度升高到数百万度，而磁场会搅动吸积盘中的带电粒子，并以强大的喷流形式将其射出。当我们几乎正面看到热盘和喷流时，它们似乎比宇宙中的任何东西都更亮。因此，这种亮度使它们成为有用的尺度，即使在巨大的宇宙距离下也相对容易看到。

此外，类星体往往位于宇宙中最密集的暗物质团块的中心。这挺合理的，毕竟是周围暗物质晕的引力将所有物质吸引到类星体上，以供黑洞吸食。因此，通过绘制宇宙中最明亮的物体，我们也能绘制宇宙中最神秘的物质——隐形的暗物质。

斯托里-费舍尔的团队还将 Quaia 地图中暗物质的分布和密度与 CMB 的温度波动进行了比较，后者反映了宇宙诞生仅 379,000 年后物质的分布和密度。他们发现 Quaia 地图中与密度相关的区域与我们在 CMB 中看到的大致相同（称为 CMB 的物质功率谱）。随着盖亚发布新数据，Quaia地图也将进一步完善，可以为我们从 CMB 中了解到的信息提供更严格的限制。