银河系中最古老的星星为暗物质提供了线索

在Abell 2744的新的复合图像中捕获了总体上看到的银河系集群之间最复杂和戏剧性的碰撞之一。蓝色显示了总质量浓度（大多数暗物质）的地图。X射线：NASA / CXC / ITA / INAF / J.MERTEN等，镜头：NASA / STSCI; naoj / subaru; ESO / VLT，光学：NASA / STSCI / R.Dupke

靠近地球靠近地球的暗物质有多快？暗物质的速度对现代天体物理研究具有深远的影响，但这一基本财产多年来已经存在研究人员。

在1月22日发布的书籍物理审查信中，国际天体物理学家团队提供了第一个线索：事实证明，解决这个神秘的解决方案，位于星系中的一些最古老的星星。

“基本上，这些旧的恒星是可见的暗物质的可见光速度，测量其在地球附近的速度分布，”普林斯顿大学物理学助理教授Mariangela Lisanti说。“你可以将最古老的明星视为暗物质的发光示踪剂。暗物质本身我们永远不会看到，因为它没有发光到任何可观察的程度 - 它对我们来说是看不见的，这就是为什么这么难以说出任何具体的事情。“

为了确定哪种恒星表现得像隐形和无法检测的暗物质颗粒，leisanti和她的同事转向计算机仿真，eris，它使用超级计算机来复制银河系的物理，包括暗物质。

“我们的假设是，有一些星星的星星，出于某种原因，将与暗物质的动作相匹配，”本文的本科和协同作者Jonah Herzog-Arbeitman说。在普林斯顿的第一年成为他的一篇初级论文之后，他与Lisanti和她的同事一起工作，并为此杂志做出了贡献。

赫尔佐格 - 阿尔贝特曼和Lina Necib在加州理工学院，另一个关于纸上的一个共同作者，从ERIS数据中产生了许多地块，将暗物质的各种性质与不同子集的特性相比。

当他们将暗物质的速度与不同的“金属，”或重金属的比例与较轻的元素相比，他们将暗物质的速度与恒星的速度进行了比较。

代表暗物质的曲线与具有最不重要的金属的星星相匹配：“我们看到一切都在线，”莱斯蒂说。

“这是一个非常合理的想法漂亮的伟大典范之一，”赫尔佐格 - 阿尔贝特曼说。

天文学家已知几十年来，金属性可以作为明星年龄的代理，因为金属和其他重量的元素形成在超新星和中子恒星的合并中。与银河系合并的小星系通常具有相对较少的这些重量的元素。

在回顾下，暗物质与最古老的星星之间的相关性不宜令人惊讶，说不出。“暗物质和这些旧的明星具有相同的初始条件：他们开始在同一个地方，他们在…一天结束时具有相同的属性，这使得它们只有通过重力行动，”她说。

为什么重要

自2009年以来，研究人员一直在努力直接观察暗物质，通过放置非常致密的材料 - 通常是氙气 - 深的地下，等待流经地球的暗物质与它相互作用。

Lisanti将这些“直接检测”实验与台球游戏进行了比较：“当暗物质粒子在原子中脱落核时，碰撞类似于彼此击中的两个台球。如果暗物质粒子比核大幅大要大，则核心在碰撞后不会移动，这使得这使得它真的很难注意到发生任何事情。“

这就是为什么要解释暗物质的速度是如此重要的原因。如果暗物质颗粒又慢且光线，它们可能没有足够的动能来移动核“台球”，即使它们刚刚进入一个。

“但如果暗物质进入更快，则会有更多的动能。这可以增加在这种碰撞中的机会，核的后退将更大，所以你能够看到它，“莱斯蒂说。

最初，科学家们预计会看到足够的粒子相互作用 - 足够的移动台球 - 能够推导出暗物质颗粒的质量和速度。但是，Lisanti说：“我们还没有看到任何东西。”

因此，而不是使用相互作用来确定速度，Lisanti和她的同事等研究人员希望翻译，并使用速度来解释为什么直接检测实验还没有检测到任何东西。

Lisanti表示，失败 - 至少到目前为止，直接检测实验导致两个问题。“我怎么去这些东西的速度是什么？” “我们没有看到任何东西，因为速度分布的东西比我们预期的不同？”

她说，拥有一种完全独立的方式来制定暗物质的速度可以帮助揭示。但到目前为止，它只是理论上。真实世界的天文学并没有抓住eris模拟产生的丰富数据，所以Lisanti和她的同事们还不知道银河系最古老的恒星正在移动。

幸运的是，该信息现在由欧洲航天局的盖亚望远镜组成，自2014年7月以来一直扫描银河系。到目前为止，只有一小部分星星的信息已被释放，但完整的数据集将包括近十亿颗恒星的更多数据。

“来自当前和即将举行的恒星调查的地平线上的丰富数据将为理解暗物质的这一基本属性提供独特的机会，”Lisanti说。

出版物：乔纳赫娄尔 - 阿尔贝特曼等人，“使用金属贫乏明星的暗质量速度的实证测定”，物理评论信，2018; DOI：10.1103 / physrevlett.120.041102