星際氣體雲中也有暗物質線索

穿過雲霧，窺視幽暗

撰文 Matteo Rini

翻譯 訪冬

審校 寒冬 金庄維

宇宙微波背景和氫元素吸收光譜間的關係也許會解釋暗物質與星際氣體雲的聯繫。

C. Douxet al., Phys. Rev. D. (2016)

當光線從遙遠的類星體來到地球，特定的頻率被星系際星雲中的氫元素吸收，在光譜中雕琢出獨特的吸收線條紋，被稱為「Lyman-alpha光譜」。通過觀測「Lyman-alpha光譜」，可以揭示星系際星雲的物質構成，幫助研究人員檢驗宇宙學模型。現在，巴黎狄德羅大學的 Cyrille Doux 和他的合作者表示，通過將星系際星雲吸收光譜和宇宙微波背景輻射(CMB)的引力透鏡效應相關聯，他們能夠獲得新的天體物理信息。這一關聯也許能夠揭示氣體雲和暗物質間的關係。

Lyman-alpha 光譜和 CMB 的引力透鏡效應都對光線傳播路徑中的物質密度很敏感。Lyman-alpha 信號與氫原子密度相關，而 CMB 透鏡能夠反映引力造成的 CMB 畸變。由於暗物質能產生很強的引力效應，因此CMB 透鏡是探測暗物質的利器。研究人員利用歐洲航天局（European Space Agency）普朗克項目（Planck mission）的 CMB 數據，結合斯隆數字巡天計劃（Sloan Digital Sky Survey）獲取的類星體光譜，揭示出二者之間的相互關聯。特別指出的是，他們發現在沿暗物質高密度的方向上，Lyman-alpha 光譜的漲落也大於均值。

研究這一相互關係有兩個重要的意義。第一，它能夠幫助研究者描述天體物理過程在 Lyman-alpha 光譜波動上的作用效果。第二，它可以揭示星系際空間中暗物質對可見物質分布的影響——這是宇宙學模型的一個重要參數。

論文基本信息

【題目】Firstdetection of cosmic microwave background lensing and Lyman-α forest bispectrum

【作者】Cyrille Douxet.al.

【期刊】Phys.Rev. D

【日期】2016.11.9

【DOI】10.1103/PhysRevD.94.103506

【摘要】We present the first detection of a correlation betweenthe Lyman-αforest and cosmic microwave backgroundgravitational lensing. For each Lyman-α forestin SDSS-III/BOSS DR12, we correlate the one-dimensional power spectrum with thecosmic microwave background lensing convergence on the same line of sight fromPlanck. This measurement constitutes a position-dependent power spectrum, or asqueezed bispectrum, and quantifies the nonlinear response of the Lyman-α forest power spectrum to a large-scale overdensity.The signal is measured at5σ and is consistentwith the expectation of the standardΛCDM cosmological model.We measure the linear bias of the Lyman-α forestwith respect to the dark matter distribution and constrain a combination ofnonlinear terms including the nonlinear bias. This new observable provides aconsistency check for the Lyman-αforest as a large-scale structure probe andtests our understanding of the relation between intergalactic gas and darkmatter. In the future, it could be used to test hydrodynamical simulations andcalibrate the relation between the Lyman-α forestand dark matter.

【鏈接】http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.94.103506

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