中國天文學家首次利用郭守敬巡天數據對太陽附近的暗物質密度進行測算

近年對太陽鄰域暗物質密度的測量結果比較
中國國家天文台夏啟然、劉超、毛淑德等人利用精心挑選的郭守敬巡天觀測數據,採用假設較少、數學表達簡單的Kz力模型,對太陽附近的暗物質密度進行了重新估算,得到新的結果為0.018±0.005M?pc-3。同大多數前人的工作相比,這一新結果認為太陽周圍暗物質的質量密度要更大一些。

暗物質是宇宙中最神秘的物質,由於暗物質粒子不參與電磁相互作用因此不會發光,天文學上只能通過其產生的引力作用來探測它的存在。暗物質和重子物質的比例是宇宙最基本參數之一,並在不同尺度上決定著宇宙天體的演化歷史。在整個宇宙中暗物質大約佔據七成多的總物質,但是在星系尺度上通常會佔據星系總質量的九成以上。由於它們全部散佈在星系周圍構成暗物質暈,因此儘管星系絕大多數質量都是暗物質,但在星系盤附近暗物質所佔的比例非常低。這給我們在地球上直接探測暗物質帶來了巨大的困難。

使用天文觀測對太陽附近的暗物質質量密度進行可靠測量是尋找暗物質粒子、理解暗物質在銀河系中分佈特點的重要一步。儘管自荷蘭天文學家奧爾特(Oort)在1932年首次測量以來有大量此類工作發表,但是不同工作測量的結果差異很大。

使用恰當的觀測數據、選擇合適的動力學模型是準確測量暗物質密度的關鍵因素。暗物質的測量工作非常困難,一方面它需要合理的動力學模型,能夠有效分解出重子物質和暗物質分別的貢獻;另一方面它需要盡量多的恆星樣本,提供精確的恆星空間分佈和速度測量。郭守敬巡天提供了迄今為止世界上最大的恆星光譜庫,而且絕大多數觀測的恆星都分佈在太陽附近,這為精確測量太陽附近的暗物質密度提供了極佳的合適條件。

作為使用郭守敬數據開展的首次測量,夏啟然等人僅僅使用了北銀極附近的數千顆恆星光譜。但經分析,當恆星樣本成倍增加時,採用現有方法測量的暗物質密度精度還可以顯著提高。他們預計在新一期郭守敬數據發佈之後,測量精度將達到一成左右,從而對暗物質密度做出更強限制。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】

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