通过最大的天文学协作可视化暗物质

ESA的《 2015-2025年宇宙愿景》计划旨在使我们对宇宙有新的认识和新见解。

您怎么能看到不可见的东西？好吧，和欧几里得一起！未来的ESA望远镜将绘制宇宙的结构图，并向我们详细介绍不可见的暗物质和暗能量。Euclid和Leiden天文学家Henk Hoekstra的科学协调员解释了这是如何工作的。

发生了奇怪的事情

如果我们从未见过或什至无法测量过暗物质，为什么我们假设存在暗物质呢？霍克斯塔说：“我们正在以每秒220公里的速度绕过银河系中心。”奇怪的速度，幸运的是我们没有注意到。但是，仍然发生了一些奇怪的事情。‘根据我们银河系中的恒星数量，银河系边缘的恒星应该具有低得多的速度，但它们的移动速度与太阳一样快。然而，这些恒星并没有落入宇宙。某种东西将它们绑在一起。’

基本上，只有一种解释：有些事情您看不到，但是会产生额外的重力。换句话说，暗物质。Hoekstra：‘或者引力理论是错误的。但是一切都表明暗物质存在，只是我们仍然不知道它是什么。我们所知道的是，它不会吸收光或不会与之相互作用。因此从字面上使它不可见。’如果这还不够奇怪的话：自1998年以来，我们知道宇宙的膨胀正在加速。为了解释这一点，需要一个甚至更神秘的成分：“暗能量”一词仅包含天文学家和物理学家目前正在研究的所有想法。

我们看不到的事情

在这部5分钟的TED-Ed电影中，詹姆斯·吉利斯（James Gillies）解释了暗物质和暗能量是什么。

为什么我们需要欧几里得

‘我们有一些知识空缺，而这些空缺无法用现有的观察来填补。因此，前进的唯一方法就是进行更好的测量。’这就是欧几里得进来的地方，这是欧洲航天局将于2022年发射的卫星。在距地球150万公里的距离上，欧几里得将绘制三分之一的天空。因此，我们可以回答以下问题：在重力的影响下，宇宙的结构是如何形成的？宇宙中的所有物质如何分布？随着时间的流逝，这种变化如何？Hoekstra：“最后一个问题的答案使我们能够直接测试暗能量模型。”

Hoekstra是四个宇宙学协调员之一，也是“弱视”项目的负责人。他说：“我们将研究暗物质如何扭曲空间。”

这位画家的印象描绘了欧空
局的欧几里德飞船。欧几里德是探空数十亿微弱星系并研究宇宙加速膨胀起源以及暗能量，暗物质和引力的神秘本质的先驱任务。

但是，这是如何工作的呢？Hoekstra继续：‘质量扭曲了周围的空间和时间。即使看不到暗物质，也可以测量该效果。’他用一个启发性的类比来解释这一点。‘将其与盛有硬币的水箱进行比较。如果您点击那个容器，水就会起波纹并使硬币变形。拍摄硬币的几张照片，您会发现硬币每次看起来都不同。’

“假设您有很多硬币，并且知道它们最初是圆形的，那么您可以找出该水箱中有多少水。”宇宙学家说，暗物质是完全一样的。‘暗物质会使背景中的星系稍微变形。我们可以通过对尽可能多的星系的形状求平均，来用Euclid测量这种畸变。’

越多越好

某处的暗物质越多，其下层星系的畸变就越多。这样，您可以确定宇宙中暗物质的分布。但是首先，需要很多清晰的图片。‘我们测量的星系越多，结果就越可靠。因此，我们谈论大数据的原因不仅在于数据量，还在于其复杂性。在过去的25年中，哈勃望远镜收集到的图片数量就是我们几天后会收集到的图片。’

有史以来最大的天文学合作

不仅数据量很大，参加欧几里得的天文学家数量也很多。‘它是世界上最大的天文团队，拥有约1500名科学家，工程师和技术人员。但是，受益于Euclid的天文学家的数量将会更多：这些数据最终将公开发布，并可用于各种目的，例如发现最遥远的类星体和识别附近星系中的大质量恒星。‘一开始，只有Euclid参与者才能使用这些数据，此后我们将发布所谓的数据发布。为了使人们对第一个结果有所了解，我们还将提供一些快速发布信息。 Hoekstra喜气洋洋地预言，这将是惊人的。