簡(jiǎn)介：天文學(xué)家維拉·魯賓（Vera Rubin）首先提出了暗物質(zhì)的存在，以解釋星系自轉(zhuǎn)的異常特征，以及星系在星團(tuán)中時(shí)的行為。然而我們?nèi)晕磁靼姿鞘裁础?/p>

目前最令人著迷的天文物理學(xué)問(wèn)題很簡(jiǎn)單：究竟什么是暗物質(zhì)？

我們知道暗物質(zhì)存在，也知道它在世界的每一個(gè)角落。我們知道它會(huì)，和不會(huì)做的一些事情……但有些尷尬地說(shuō)，我們不知道它是什么。

天文物理學(xué)家們有一些猜想，而正在對(duì)其進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。在一項(xiàng)近日的報(bào)道中，天文學(xué)家稱(chēng)他們將注意力集中在某一種獨(dú)特味道的暗物質(zhì)上——輕重量軸子，但他們并沒(méi)有觀(guān)測(cè)到任何輕重量軸子。很不幸，因?yàn)檫@些奇異的次原子粒子很有可能組成了暗物質(zhì)。但這并不能完全排除軸子是暗物質(zhì)的猜想，或許還會(huì)激發(fā)新的測(cè)試。

天文學(xué)家維拉·魯斌是第一個(gè)真正提出暗物質(zhì)存在的人，她以此來(lái)試圖解釋旋轉(zhuǎn)星系的無(wú)規(guī)律特征，與星系聚團(tuán)時(shí)的樣子。所有這些天體似乎在它的質(zhì)量之外獲得了“額外的”引力，但如果暗物質(zhì)——一些不反射光線(xiàn)，我們從而無(wú)法觀(guān)測(cè)到的物質(zhì)——存在，并包圍著這些星系，它要比“正?！蔽镔|(zhì)（例如質(zhì)子，電子）重上五到六倍。

科學(xué)家們提出了很多關(guān)于暗物質(zhì)的猜想，但這些猜想的內(nèi)容都可以用非暗物質(zhì)理論來(lái)解釋。近十年來(lái)，這些猜想被逐漸否認(rèn)，剩下的只有較極端的幾個(gè)，例如“非常小的黑洞”（作者：可能性很小，但非常有趣），或者什么我們?nèi)晕窗l(fā)現(xiàn)的次原子粒子。

量子物理學(xué)家對(duì)量子宇宙的行為還有很多理論上的問(wèn)題，所以他們提出了一種可以解釋這些問(wèn)題的粒子，這種粒子質(zhì)量極小，不與正常物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不發(fā)光，并散布在全宇宙之間。這種粒子是暗物質(zhì)的最佳候選人。

天文學(xué)家們將這種粒子命名為軸子，這個(gè)名字來(lái)自于潔新洗潔精。

但我們?cè)撊绾斡^(guān)測(cè)不發(fā)光的東西呢？經(jīng)過(guò)研究，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在特殊的場(chǎng)合下，暗物質(zhì)可以發(fā)光。在強(qiáng)磁場(chǎng)之下，暗物質(zhì)應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚ㄟ€記得E=mc2嗎？那意味著物質(zhì)與能量是同一顆硬幣的兩面，并可以互相轉(zhuǎn)換。）我們認(rèn)為軸子的質(zhì)量極小，他們所轉(zhuǎn)換出的能量應(yīng)該在無(wú)線(xiàn)電波區(qū)域。

上圖：繪畫(huà)，展現(xiàn)了一顆中子星的磁場(chǎng)線(xiàn)（來(lái)源：凱西·里德/賓夕法尼亞州立大學(xué)）

中子星是恒星超星星爆炸后，剩下已坍縮的內(nèi)核。中子星有著非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，可以達(dá)到地球的幾萬(wàn)億倍，甚至更強(qiáng)。我們可以將無(wú)線(xiàn)電望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)它們，如果軸子衰變成無(wú)線(xiàn)電波，我們也許會(huì)在這里觀(guān)測(cè)到。

天文學(xué)家正在進(jìn)行以上的觀(guān)測(cè)。運(yùn)用100米長(zhǎng)的格林班克望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們對(duì)兩顆中子星，以及銀河系的中心（幾千顆中子星聚集在那里）進(jìn)行了觀(guān)測(cè)。他們還對(duì)鄰近的仙女星系有所涉獵，在這個(gè)角度，科學(xué)家們將可以觀(guān)測(cè)到更多中子星。另一個(gè)參與此次研究的天體是球狀星團(tuán)M54，距地球較近，約有幾十萬(wàn)顆恒星，所以在它的核心也會(huì)有許多中子星。

上圖：格林班克是一架100米長(zhǎng)的巨型望遠(yuǎn)鏡，它位于西弗吉尼亞，并擁有全范圍可操控的無(wú)線(xiàn)電波盤(pán)，從宇宙的各個(gè)角落接收無(wú)線(xiàn)電波長(zhǎng)的電磁波。

科學(xué)家們所找的是幾個(gè)特定波長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)電光波，這些特定的波長(zhǎng)與軸子的質(zhì)量有著直接的關(guān)聯(lián)。雖然我們不知道軸子的準(zhǔn)確質(zhì)量，我們可以將范圍縮小。所以天文學(xué)家們?cè)噲D尋找這些特定的波長(zhǎng)……但什么也沒(méi)找到。

這有些讓人失望，但并不是我們應(yīng)當(dāng)拋棄軸子理論的原因，并不是所有軸子所釋放的能量都能被一一排查，科學(xué)家們只能觀(guān)測(cè)大約一半的波長(zhǎng)，而無(wú)線(xiàn)電天文望遠(yuǎn)鏡并不能截取到稍重一些的軸子所釋放出的電磁波。我們將在未來(lái)繼續(xù)探索軸子，并計(jì)劃將所有波長(zhǎng)都一一排查。

在宇宙初期，暗物質(zhì)形成了一張大網(wǎng)，如下圖中的電腦模擬成像。星系則沿著網(wǎng)絡(luò)形成

（圖片來(lái)源：千年鼓舞計(jì)劃）

也許中子星周?chē)](méi)有足夠的軸子來(lái)形成電磁波，以至于任何無(wú)線(xiàn)電信號(hào)都過(guò)于微弱。又或許有其他外力導(dǎo)致軸子電磁波無(wú)法被探測(cè)到。我們也不能排除軸子并不發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波的可能，甚至軸子并不是我們要找的暗物質(zhì)。也許暗物質(zhì)是大質(zhì)量弱相互作用粒子（簡(jiǎn)稱(chēng)WIMP）。

但結(jié)合最近在粒子探索和天文望遠(yuǎn)鏡上的科技進(jìn)步，我相信我們不久就會(huì)對(duì)暗物質(zhì)取得一個(gè)更好的理解。

所以盡管最新的結(jié)果令人失望，我仍對(duì)暗物質(zhì)的探索充滿(mǎn)希望。

宇宙之大令人不可想象，幾百兆公里寬?。ǘ疫@只是我們看得到的部分，宇宙繼續(xù)延伸到更遠(yuǎn)處，也許它并沒(méi)有盡頭）。就連百萬(wàn)的五次方米才在宇宙中算是較長(zhǎng)。

為了理解宇宙，我們需要研究那些極小與極大的物質(zhì)，兩者缺一不可。而我們?nèi)祟?lèi)，既不是極小的，又不是極大的，正好適合做這樣的工作。

BY: Phil Plait

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處