一陣極速「暗物質颶風」正從地球上空呼嘯而過

【正見新聞網2018年12月05日】

CNN據最近一篇報導,地球被宇宙颶風直接襲擊。一群近100顆恆星,伴隨著大量暗物質,瞄準我們毗鄰的恆星,而我們無能為力;事實上,先頭部隊已經向我們衝來了。

如果天文學家的計算是正確的,那麼太陽系正在發生混亂的空間事件:一個巨大的暗物質「颶風」,正以每秒500公裡(310 mps)的瘋狂速度呼嘯而過。

我們看不見它,也感覺不到它——但這可能意味著直接探測到的暗物質比我們想像更接近了。

暗物質是宇宙最大的難題之一。我們從未直接探測到它,我們甚至不知道它到底是什麼——但我們知道它就在那裡。我們可以根據恆星和星系的運動來推斷它,這些恆星和星系的運動速度遠遠超過了觀察到的質量。

所以外面還有別的東西,一些其他的質量產生引力來影響那些宇宙運動。我們甚至可以,根據這些運動,計算出看不見的質量。「暗物質"—無論是什麼——這是我們給這些質量的名字,科學家們正在研究直接探測它的方法。

但我們還沒發展到這一步。那麼物理學家如何知道我們正處於一場巨大的暗物質風暴中呢? 線索在於恆星的運動。

去年,隨著蓋亞衛星數據的發布,天文學家們發現了一條恆星流,這條恆星流是一個巨大的矮球狀星系在許多年前被銀河系吞噬後留下的正在溶解的殘骸。

在銀河系中已經發現了幾條這樣的恆星流,但是S1,正如現在所知道的,是不同尋常的,因為太陽系的鄰近區域恰好在這3萬顆恆星的路徑。

它們中沒有一個會擊中我們——所以你可以放下面對任何你以為會被著火的星球襲擊的恐懼——但這確實意味著,與這個被蠶食的矮星系的最後一點碎片相聯繫的暗物質正沿著這條恆星流移動。

來自西班牙薩拉戈薩大學的理論物理學家Ciaran O'Hare領導了一個研究小組,研究S1對銀河系中小角落的暗物質的影響。

他們研究了S1流中暗物質密度和分布的不同模型,然後預測了這些模型的暗物質特徵,這些特徵可以被我們地球上的探測器捕捉到。

其中一個潛在的特徵是由假設的弱相互作用的大質量粒子產生的,稱為WIMP。如果這些粒子存在,我們應該能夠通過它們與電子或原子核的碰撞來探測它們,這會導致地球上的帶電粒子反衝,產生可以被液態氙或晶體探測器捕捉到的光。

根據他們的計算,研究小組認為這些WIMP探測器不太可能看到S1的任何影響,儘管隨著未來的技術變得更加精細和先進,有可能看到一些效果。

他們認為,軸子探測器——比如軸子暗物質實驗——有更多的可能。在這一點上,軸子也只是假設的。如果它們存在,它們會非常輕,比電子輕5億倍,而且它們可能是冷暗物質的主要成分。

根據理論物理學家皮埃爾·希基維(Pierre Sikivie,)的計算,在強磁場的作用下,這些我們看不見的超輕粒子可以轉換成我們看得見的光子。

「到目前為止,如果S1流的暗物質成分足夠冷,軸子暈面對S1流對S1流的敏感性最大,」研究人員在報告中寫道。「一旦發現軸子質量,就可以很容易地從軸子功率譜中提取S1的獨特速度分布。」

據我們所知,軸子暗物質實驗也沒有在S1檢測出暗物質。但是,知道要尋找什麼可以幫助科學家們提高這種可能性——如果沒有探測到暗物質,就改進探測技術,以便在未來繼續對暗物質進行搜索。

研究小組的研究結果已經發表在《物理評論D》雜誌上。

 

唐·林肯(Don Lincoln)是費米國家加速器實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory)的資深科學家。他是《大型強子對撞機:希格斯玻色子和其他讓你大吃一驚的東西的神奇故事》的著作者,並製作了一系列科教片。

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