新的暗物质地图揭示了星系之间“隐藏的桥梁”

导读：一个国际研究小组制作了一份近域宇宙内的暗物质地图，使用一个模型来推断其位置，因为它对星系有引力影响。

据外媒报道，一个国际研究小组制作了一份近域宇宙内的暗物质地图，使用一个模型来推断其位置，因为它对星系有引力影响。新地图揭示了几个以前没有发现的连接星系的丝状结构。该地图由包括宾夕法尼亚州立大学天体物理学家在内的一个国际团队使用机器学习开发，它可以使人们研究暗物质的性质以及近域宇宙的历史和未来。

暗物质是一种难以捉摸的物质，构成了宇宙的80%。它还为宇宙学家所称的宇宙网络提供了“骨架”，即宇宙的大尺度结构，由于其引力影响，决定了星系和其他宇宙物质的运动。然而，本地暗物质的分布目前是未知的，因为它不能被直接测量。研究人员必须根据它对宇宙中其他天体，如星系的引力影响来推断其分布。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学副教授、该研究的通讯作者Donghui Jeong说：“具有讽刺意味的是，研究更远的暗物质的分布更容易，因为它反映了非常遥远的过去，它的复杂性要低很多。随着时间的推移，随着宇宙大尺度结构的增长，宇宙的复杂性也在增加，所以在本地进行有关暗物质的测量本来就比较困难。”

以前绘制宇宙网络的尝试从早期宇宙的模型开始，然后模拟该模型在数十亿年内的演变。然而，这种方法是计算密集型的，到目前为止，还不能产生足够详细的结果来观察近域宇宙。在新的研究中，研究人员采取了一种完全不同的方法，使用机器学习来建立一个模型，使用有关星系分布和运动的信息来预测暗物质的分布。

研究人员利用一组大型的星系模拟，即Illustris-TNG，建立并训练他们的模型，其中包括星系、气体、其他可见物质以及暗物质。研究小组特别选择了与银河系相当的模拟星系，并最终确定了预测暗物质分布需要哪些星系的属性。

“当得到某些信息时，模型基本上可以根据它之前所看的东西来填补空白，”Jeong说。“来自我们模型的地图并不完全适合模拟数据，但我们仍然可以重建非常详细的结构。我们发现，除了星系的分布之外，还包括星系的运动--它们的径向奇特速度--极大地提高了地图的质量，使我们能够看到这些细节。”

研究小组随后将他们的模型应用于来自 Cosmicflow-3星系目录的近域宇宙的真实数据。该目录包含了关于银河系附近1.7万多个星系的分布和运动的全面数据。由此产生的近域宇宙网地图发表在5月26日在线发表于《天体物理学杂志》的一篇论文中。

该地图依次再现了近域宇宙中已知的突出结构，包括 "local sheet"--一个包含银河系、“local group”中的附近星系和室女座星系的空间区域；以及 “local void” --local group旁边的一个相对空旷的空间区域。此外，它还确定了几个需要进一步调查的新结构，包括连接星系的较小的丝状结构。

Jeong表示："拥有一张宇宙网络的局部地图为宇宙学研究开辟了新的篇章。我们可以研究暗物质的分布与其他发射数据的关系，这将帮助我们了解暗物质的性质。而且我们可以直接研究这些丝状结构，这些隐藏在星系之间的‘桥梁’。"

例如，有人认为银河系和仙女座星系可能正在缓慢地向对方移动，但它们是否可能在许多亿年后发生碰撞仍不清楚。研究连接这两个星系的暗物质细丝结构可以为它们的未来提供重要的洞察力。