全新GPS+模型勾勒暗物质晕分布图

据欧洲新闻社3月2日报道，一支由西班牙安达卢西亚天体物理学研究所和加那利群岛天体物理学研究所的宇宙学家组成的研究团队获得了迄今最精确的宇宙暗物质晕普查数据。

这些不可见的结构包裹着星系和星系团，虽然它们不发光，也无法直接观测，但它们的引力作用将星系和星系团维系在一起，犹如宇宙中的“脚手架”。

这项由安达卢西亚天体物理学研究所和加那利群岛天体物理学研究所主导的研究，对宇宙138亿年历史中的暗物质晕结构进行了迄今为止最精确的普查。

宇宙学家将这一数据结果称为“暗物质晕质量函数”。它并非具体的暗物质晕清单，而是通过数学方法描述在宇宙特定时刻不同质量范围内暗物质晕的数量分布。

安达卢西亚天体物理学研究所研究员、该论文第一作者埃莱娜·费尔南德斯·加西亚解释道：“这一点至关重要，因为暗物质晕的种类各异：有些包含小型星系，有些则包含像银河系这样的星系，而质量最大的甚至能够聚集数百甚至数千个星系，形成庞大的星系团。”这项研究发表在《天文和天体物理学通讯》杂志上。

这一新成果基于名为GPS+的理论模型，该模型能够精确预测不同宇宙阶段暗物质晕的数量分布。

该研究是一项重大突破，因为它纠正了此前近似方法的局限性。用于描述早期宇宙的近似方法偏差最高可达80%，而新模型将偏差降至10%到20%，尤其在不确定性最大的质量极端区域，从而在整个宇宙历史中保持了高精确度。

“突破的关键源于一个简单的想法，”加那利群岛天体物理学研究所研究员胡安·本科特·里霍解释道，“宇宙中的物质并不会聚集成完美的球体，而是会形成不规则且复杂的结构。GPS+模型正是将这一现象以及引力坍缩过程中的其他细节纳入其中，从而更真实地描述了暗物质晕的形成，进而揭示星系是如何诞生和演化的。”

为了验证这个模型的稳固性，研究团队将其与日本千叶大学开发的名为“Uchuu”的模型进行了对比验证。“Uchuu”在日语中意为“宇宙”，是迄今为止最完整、最精确的宇宙模拟模型。这项研究利用日本顶尖的“富岳”超级计算机完成。加那利群岛天体物理学研究所也参与了该模型的开发。

此外，研究论文的合著作者何塞·鲁埃达斯指出：“基于Uchuu模拟生成的所有暗物质晕目录，均已收录于我们在安达卢西亚天体物理学研究所自主开发的‘天空和宇宙’数据库。”

宇宙模拟不仅用于测试模型，也可用于改进用来解读当前天文观测数据的工具。

新的预测能帮助科学家更精确地分析詹姆斯·韦布空间望远镜等设备所观测到的宇宙早期形成的遥远星系，以及暗能量光谱仪(DESI)等大型巡天项目的数据。DESI的目标是重建宇宙大尺度的物质分布图，进而揭示暗能量的本质。作为一个国际项目，安达卢西亚天体物理学研究所不仅在DESI的技术研发中发挥了关键作用，目前也正在参与其科学应用。

费尔南德斯·加西亚指出：“掌握更精确的暗物质晕统计数据，是衔接天文观测与理论模型的关键，也能验证我们对宇宙的描述是否与观测数据相符，包括对暗物质和暗能量本质的理解。”

GPS+模型现已面向国际科学界开放，将为未来的分析与模拟研究提供重要支撑。