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暗物质可能不像我们想象的那么神秘

时间:2018-06-29 08:07来源:中国国家天文
天文学家们努力了将近80年,企图搞清弥漫于宇宙的神秘暗物质是由什么构成的。通过星系的运动,天文学家们想到了利用暗物质来解释为什么宇宙的质量好像要比
天文学家们努力了将近80年,企图搞清弥漫于宇宙的神秘暗物质是由什么构成的。通过星系的运动,天文学家们想到了利用暗物质来解释为什么宇宙的质量好像要比可见恒星和星系所占的质量大得多。在很大程度上,他们相信暗物质是某种奇异的亚原子粒子,在大爆炸的过程中大批量地形成,用任何方法都无法看到,只是由质量而产生引力。暗物质粒子在很大程度上仍然是理论上的观念,因为天文学家们从来没有直接探测到一个这样的粒子。

但是,哈勃太空望远镜和位于智利的甚大望远镜所进行的新一轮观测,可能发现了一个关键的线索,有望搞清暗物质到底是什么。发表在《皇家天文学会月报》上的一篇新论文提出:“一个星系团叫做阿贝尔3827(Abell 3827),位于距离地球14亿光年之处,其中的暗物质粒子正在对一种重力之外的力做出反应。”

实际上,论文的作者们探测到的是不同寻常的暗物质布局。通常,暗物质会在星系周围形成一个巨大的晕轮,我们银河系的暗物质晕就是把我们笼络在一起的因素之一:银河系的旋转非常快,如果没有暗物质产生的额外引力将其笼络在一起,银河系就会飞散。但是,对于这个星系团中的一个星系来说,暗物质晕的中心点偏离了星系本身的中心点,偏离值大约为5000光年。

就太空而言,这个距离不算远。然而,正如一些理论提出的那样:如果暗物质粒子仅仅受到重力的作用,那么这个偏离值应该是零。

但是,另外一些理论预测说:应该有另外一种力在起作用。至少几十年以来,理论学家们倾向于把一种叫做“弱作用重粒子(WIMPS)”的粒子作为对暗物质构成的最佳解释。这种粒子不仅能够对引力做出反应,还能够对另外一种相对较弱的力做出反应,这种力类似于所谓的弱核力——一种主要能够引起放射性衰变的力。

这可能是首个实验证据,证明暗物质真的是由弱作用重粒子构成的。英国杜伦大学天体物理学家理查德·梅西(Richard Massey)说:对暗物质团偏离的最佳解释是,它正在跟阿贝尔3827中心的其他暗物质团互相穿插而过。暗物质团之间的摩擦正在迫使梅西观察的这个暗物质团落后于它所在的星系,而这种摩擦是由这种额外的力造成的,然而梅西及同事还不知道这种力是什么。从能否更加容易地被看到这个角度来说,这种引力之外的力无法使暗物质变得更加明朗;但是,从对暗物质本质的理解方面来说,这种力使它显得不那么神秘了。

然而,这种可能性也是有的:正在发生的只不过是普普通通的情况。例如:如果在可见星系的一侧正在大量地形成恒星,这样就可能会产生一个亮斑,使天文学家们对星系中心的估计出现偏差。或许,附近星系的引力可能会使这个可见星系的形状产生扭曲,也会使其中心难以确定下来。“找出一个令人信服的替代解释是很难的。”梅西说,“但是,这是一项令人激动的发现,对此我是格外谨慎的,只是给出了低调的见解。”

“通过某种未知的力量,暗物质粒子正在使彼此的速度减缓下来,这种观点对于该问题来说确实像是可能性最大的解释。”美国国家航空航天管理局喷气推进实验室的暗物质专家杰森·罗德斯说,“但是,我们显然需要更多的证据。”为了获取更多证据,天文学家们正在进行研究,对根据计划要实施观测的其他星系进行了新一轮观测。


即使最终发现更多的暗物质偏离现象,也不一定能够确定讨论中的暗物质粒子的性质。即使这些粒子确实能够感受到引力以外的某种力量,但是仍然会难以计算那种力量的强度,因而也难以进一步缩短潜在的候选粒子的列单。

世界上最大的粒子加速器是欧洲的大型强子对撞机。在理想的情况下,研究大型强子对撞机的粒子物理学家们将会在地球上制造出一些暗物质粒子,这样也将会较为容易地测定这些粒子的属性。地面以下的几个探测器专门用来捕捉穿越地球的粒子,或许其中的一个探测器将会“砰”的一声捕捉到一个可以说明问题的电子信号。
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