物理學家尋找暗物質暈在銀河系氣體中俯衝時留下的印記

你是否曾經想過宇宙中有什麼東西我們看不見 但卻無處不在 這就是暗物質 一種神祕的物質 它佔據了宇宙中大約85%的物質 但卻從未被直接探測到 物理學家們一直在努力尋找暗物質的線索 希望能揭開它的本質 他們的一個策略是觀察暗物質如何影響星系中的氣體 因爲暗物質會形成巨大的韻包圍着星系 當它們穿過星系時會在氣體中留下印記 物理學家正在尋找暗物質暈留下的印記 因爲它們穿越星系中的氣體 暗物質的探尋 這是一種被認爲佔據宇宙中絕大部分物質的未知和看不見的物質 正面臨十字路口 雖然它在近70年前被提出 並經過大型粒子對撞擊深埋地下的探測器 甚至太空儀器的密集搜索 但它仍然無處可尋 但天文學家們發誓不遺餘力 已經開始將它們的網絡擴展到星系之外 其想法是從可能曾經見證到暗物質碎片的天體中提取信息 我們剛剛提出了一種新的方法 通過追蹤星系氣體 它可能有助於告訴我們它實際由什麼組成 物理學家認爲 暗物質有一種通過引力形成暈和次暈的傾向 這些團塊的質量成譜 預計較低質量的團塊將更爲普遍 它們可能有多輕 這取決於暗物質粒子的性質 暗物質不能直接被看到 我們知道它的存在是因爲我們可以看到它對周圍物質的引力影響 關於暗物質可能實際上是什麼 有不同的理論 標準模型認爲它是冷的 意味着它移動非常緩慢 只通過引力作用於其他物質 暗物質暈的質量成譜 預計較低質量的暈將更爲普遍 它們可能有多輕 這取決於暗物質粒子的性質 溫暖與寒冷暗物質不能直接被看到 我們知道它的存在是因爲我們可以看到 關於暗物質可能實際上是什麼 有不同的理論 標準模型認爲它是冷的 意味着它移動非常緩慢 只通過引力作用於其他物質 這與其由稱爲軸子或弱相互作用的重粒子的粒子組成的觀點一致 然而另一種理論表明它是溫暖的 意味着它以更高的速度運動 一種這樣的粒子候選者是五把中微子 如果暗物質是冷的 類似於銀河系的星系 可能容納一個或兩個重達1010太陽質量的次運 最可能是數百個 質量約爲108太陽質量 如果暗物質是溫暖的 輕於於108太陽質量的暈不能輕易形成 因此計算輕質暗物質暈的數量 可以告訴我們一些關於暗物質性質的東西 你可能會想 這些暗物質暈有多大有多重 它們的大小和質量可以從幾千光年到幾百萬光年 從幾百萬太陽質量到幾千億太陽質量不等 換句話說 它們可以比一個星系還要大 也可以比一個星系還要重 這些暗物質暈就像宇宙中的隱形巨人 它們在我們的眼皮底下悄悄地穿梭 只有當它們與其他物質相互作用時 我們才能察覺到它們的存在 我們相信可以通過精心計劃的觀測 揭示較輕質暈的存在 天文學家在與暗物質暈進行這場捉迷藏遊戲時 已經取得了相當好的成績 並設計了觀測來捕捉它們留下的痕跡 迄今爲止 觀測主要針對了銀河系中星系分佈的變化 例如 大麥哲倫星雲繞我們的較小星系 似乎有一個足夠龐大的暗物質暈 足以引發巨大的尾巴 驅使星系從廣闊區域跨越以協同運動 在銀河系內部飛馳的一些較小的暗物質暈 偶爾可能穿過大的恆星特徵 如球狀星團在它們中留下明顯的間隙 暗物質暈還可以通過引力透鏡效應 影響天體物體周圍的光是如何彎曲的 但在星體分佈中留下的信號弱 且容易與星星自己的運動混淆 探測暈效應的另一種方法是 觀察它影響到的星系氣體 星系中有大量的熱氣體 延伸到它們的邊緣 爲捕捉這些暗物質暈提供了廣泛的範圍 通過分析計算和計算機模擬的組合 我們已經證明 重於108太陽質量的暗物質暈 這將在氣體密度中產生局部的峯值 可以被X射線望遠鏡捕捉到 這被預測爲微小的 大約是百分之幾 但它們將在即將到來的 Lynx和Athena望遠鏡的觸手可及之處 我們的模型還預測 冷星系氣體密度的峯值將更爲顯著 這意味着冷氣體可以比熱氣體 更敏感地記錄暗物質暈的經過 觀察星系氣體中暗物質誘導的波動的 另一種有前途的方法 是通過宇宙微波背景輻射的光子 這是大爆炸後遺留下來的光 這種光散射在熱氣體中高能電子上 我們可以檢測到 爲其他研究提供了一種補充方法 在未來幾年 這種新的方法 可以用來測試暗物質的模型 無論是找到了預測數量的 小於108太陽質量的暗物質暈 還是沒有找到 我們將學到一些有用的東西 如果數字匹配 標準宇宙模型將經受住重要的考驗 如果它們消失 或者比預期的少得多 標準模型將被排除 我們將不得不找到一個 更可行的替代方案 暗物質仍然是一個謎 但有大量的工作正在進行中來解決它 無論答案是否來自地球上的儀器 還是天體探測器 它無疑將是本世紀最重要的發現之一