一场暗物质飓风正疯狂吹向太阳系

如果天文学家的计算是正确的,那么我们的太阳系已被卷了一场动荡的太空事件中:巨大的暗物质“飓风”,以每秒500公里(310 mps)的速度迎面打来。

我们看不到也感觉不到它,但它可能意味着我们拥有了一次近距离直接探测暗物质的机会。暗物质是宇宙中最大的谜团之一。我们还从来没有直接检测到过它们,我们也不确切地知道它们到底是什么——但我们知道它就在那里。我们可以根据恒星和星系的运动推断出它们的存在:星系的运动速度对于已知的宇宙质量来说太快了,如果承认牛顿第二定律的话(引力充当向心力,质量不足的话,拉扯星系的引力不足以支持它现在的运动),那么只能假定存在某种未被观察到过的东西,提供了足够的质量。

我们甚至可以根据这些运动计算出看不见的质量。“暗物质”——无论可能是什么——是我们给这部分质量起的名称,科学家还在研究如何直接检测到它们。

但我们现在还做不到这一点。那么物理学家又是怎么知道我们正深陷一场巨大的暗物质风暴之中呢?线索在于恒星的运动。随着去年盖亚卫星数据的发布,天文学家发现了一股恒星物质流,它是多年前被银河系吃掉的大型矮星系的残留物。在银河系中也发现过几个这样的恒星流,但最新的S1是不同寻常的,因为它周边天体偏离了其由30000余颗恒星构成的路径。这意味着恒星流内部的暗物质正在涌出。

不要恐慌,暗物质对我们还没有影响。

来自西班牙萨拉戈萨大学的理论物理学家Ciaran O’Hare领导了一个研究小组,研究S1对银河系的犄角旮旯——也就是太阳系这里影响。因为关于暗物质假说有好几种,所以他们先假定所有的假说都是真的,使用多种模型来分析流入和流出S1的暗物质的密度和分布,再评估出每种假说在这次暗物质风暴中被验证的几率。

比如说,构成暗物质的一种备选对象是弱相互作用下的大质量粒子,被称为WIMP。如果这些粒子存在,我们应该能够通过它们与电子或原子核的碰撞探测到它们,它们会和地球上的带电粒子作用,产生可被液体氙或晶体探测器检验到的光子。

不过根据他们的计算,该团队确定现在的WIMP探测器不太可能探测到S1带来的任何影响,尽管未来的技术可能会变得更加精密和先进。所以,即便暗物质真的是WIMP,也无法在当前得到确认。

另一方面,他们认为,Axion探测器——例如Axion暗物质实验——做出发现的机会更大。当然,Axions轴子也只是假设中存在的粒子,这里做出发现的前提是,轴子假说是成立的。如果它们存在,它们一定非常轻,比电子轻约5亿倍,它们可能是冷暗物质的主要成分。

根据理论物理学家Pierre Sikivie的计算,这些超轻粒子——我们无法直接观察到——可以在强磁场的存在下转换成我们能看到的光子。

据我们所知,到目前为止,Axion暗物质实验并未发现检测信号。但是知道自己要寻找的是什么,可以帮助科学家提高检测到的可能性——如果最后还是没有收获,也可以改进技术,为未来保留机会。

研究成果发表在《物理学评论》上。

文章来源:sciencealert

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