新研究重揭暗物質(zhì)之謎

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暗物質(zhì)是目前理論上假定存在的神秘物質(zhì)，重量比普通物質(zhì)高出五倍，雖然我們目前沒有直接發(fā)現(xiàn)它，但無論是從理論還是觀測角度，都顯示著暗物質(zhì)的存在。 ? ? ? ?

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星系中心過剩（GCE）是指一種從銀河系中心位置發(fā)出的強(qiáng)大的、無法解釋的伽馬射線，這種現(xiàn)象曾被作為論證暗物質(zhì)存在的證據(jù)之一，但卻被棄置一旁了。研究表明，這種輻射來源最有可能是脈沖星，而不是暗物質(zhì)碰撞。但參與研究的其中一位作者認(rèn)為，現(xiàn)在還不能完全排除暗物質(zhì)是GCE的成因。 ? ? ? ?

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2015年，特雷西·斯萊蒂爾教授參與了由麻省理工學(xué)院和普林斯頓大學(xué)合作的一項(xiàng)模型計(jì)算。研究人員分析了費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的銀河系中心，使用了他們開發(fā)的“背景模型”來描述星系中所有可能產(chǎn)生伽馬射線的粒子相互作用。他們相當(dāng)肯定地得出結(jié)論，GCE極有可能是脈沖星的結(jié)果，而不是暗物質(zhì)。

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在一篇發(fā)表在《物理學(xué)快論》的文章中，斯萊泰爾和主要作者麗貝卡·萊恩博士發(fā)現(xiàn)他們的模型并非錯(cuò)證。只是他們在數(shù)據(jù)中引入了“暗物質(zhì)信號(hào)”的假設(shè)，但模型運(yùn)算下來暗物質(zhì)影響并不顯著，仍然傾向于是脈沖星的影響。

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這雖然證明了主體放射來源不是暗物質(zhì)，但他們的方法也表明，部分放射源自暗物質(zhì)的可能性不能被忽視。

“令人興奮的是，我們認(rèn)為已經(jīng)排除了暗物質(zhì)的可能性，”斯萊特在一份聲明中說，“但仍可能有一處缺陷，即我們提出的觀點(diǎn)有系統(tǒng)性的錯(cuò)誤。它為暗物質(zhì)信號(hào)存在的證明重新打開了大門。”

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2015年首次觀測計(jì)算采用的方法非常簡單且有創(chuàng)意。GCE位于銀河系中心點(diǎn)周圍約5000光年的球形區(qū)域內(nèi)。如果信號(hào)是由脈沖星產(chǎn)生的，它應(yīng)該是顆粒狀的，因?yàn)槊}沖星不是到處都有分布的；它們是在特定的地方被發(fā)現(xiàn)的，周圍都有間隙。但如果原因是暗物質(zhì)，那么整個(gè)GCE的發(fā)射應(yīng)該是平滑的，因?yàn)榘滴镔|(zhì)不會(huì)聚集在一起。

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“我曾希望這在之后的許多研究中是第一次使用這個(gè)技術(shù)對銀河系中心區(qū)域進(jìn)行探索”斯萊特解釋說，“但到了2018年，主要的交叉檢查方法仍然是我們在2015年所使用的，這讓我非常緊張，這說明我們可能遺漏了一些東西?！?/span>

最初的研究發(fā)現(xiàn)排放物看起來是100%的顆粒狀。但這一次他們添加了一個(gè)額外的暗物質(zhì)信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)模型沒能捕捉到這個(gè)假信號(hào)。對研究人員來說，這意味著暗物質(zhì)不能再被忽視了。

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“如果真的是暗物質(zhì)，這將是暗物質(zhì)通過重力以外的力與可見物質(zhì)相互作用的第一個(gè)證據(jù)，”萊恩說，“暗物質(zhì)的性質(zhì)是目前物理學(xué)中最大的懸而未決的問題之一。將這個(gè)信號(hào)識(shí)別為暗物質(zhì)可能會(huì)讓我們最終揭示暗物質(zhì)的基本特征。不管過剩是因?yàn)槭裁矗覀兌紩?huì)對宇宙有新的認(rèn)識(shí)?！?/span>

Leane和Slatyer現(xiàn)在正致力于改進(jìn)模型，并嘗試揭示到底發(fā)生了什么。他們希望解決這個(gè)問題，并最終弄清這一持久的謎團(tuán)。

相關(guān)知識(shí)

在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)（英語：Dark matter），是指無法透過電磁波的觀測進(jìn)行研究，也就是不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)。人們目前只能透過重力產(chǎn)生的效應(yīng)得知，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。[2]

現(xiàn)代天文學(xué)經(jīng)由引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成、微波背景輻射等方法和理論來探測暗物質(zhì)。而根據(jù)ΛCDM模型，由普朗克衛(wèi)星探測的數(shù)據(jù)得到：整個(gè)宇宙的構(gòu)成中，常規(guī)物質(zhì)（即重子物質(zhì)）占4.9%，而暗物質(zhì)則占26.8%，還有68.3%是暗能量（質(zhì)能等價(jià)）。[3][4][5]暗物質(zhì)的存在可以解決大爆炸理論中的不自洽性（inconsistency），對結(jié)構(gòu)形成也非常關(guān)鍵。暗物質(zhì)很有可能是一種（或幾種）粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新粒子所構(gòu)成。對暗物質(zhì)（和暗能量）的研究是現(xiàn)代宇宙學(xué)和粒子物理的重要課題。

作者: Alfredo Carpineti

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