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科学认为宇宙中80%的物质是看不见摸不着的

看不见却无所不在 暗物质“古怪离奇”

科学家观测星系间的碰撞,绘制星系团中的暗物质(显示为蓝色),发现暗物质可能超乎想像。(来源:NASA/ESA/D. Harvey/R. Massey等)。

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【大纪元2015年03月31日讯】(大纪元记者张秉开编译报导)最近,天文学家判断最近矮星系放射的伽玛射线来自暗物质,而分析十亿光年之遥的星系团发现暗物质的存在方式出乎意料,有科学家认为暗物质可能是流体,超出想像的“古怪离奇”。

据英国《每日邮报》近日报导,参与研究的美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)、布朗大学(Brown University)和英国剑桥大学 (Cambridge university)的科学家表示,来自于9.8万光年远矮星系Reticulum 2的伽马射线远远超过正常量。

这些科学家使用美国航空航天局的费米伽玛射线空间望远镜,经过几年的观察、分析和对比来自距离地球最近的矮星系Reticulum 2及周围其他区域的伽玛射线的巨大差异。

该研究的主要作者、卡内基梅隆大学的亚历克斯•吉林格-萨梅斯(Alex Geringer-Sameth)说:“观测数据显示,某些物质正从矮星系的方向释放伽玛射线。”而这些伽玛射线超过正常的星系背景辐射量,“目前其他的理论无法解释,因此判断可能是暗物质的一种信号。”

布朗大学的萨瓦斯•霍斯阿帕斯(Savvas Koushiappas)教授说:“在探索暗物质的研究中,长期以来认为矮星系的伽玛射线信号会提供很强的证据。但观测到这种天文现象,还是第一次。”

矮星系Reticulum 2方向辐射的高能伽玛射线,中心高亮部位显示极强的放射性。(来源:NASA/DOE/Fermi-LAT)
矮星系Reticulum 2方向辐射的高能伽玛射线,中心高亮部位显示极强的放射性。(来源:NASA/DOE/Fermi-LAT)

伽玛射线和暗物质

据物理学网站phys.org报导,目前普遍被人接受的理论认为,暗物质有它自己的粒子——弱相互作用大质量粒子(WIMP)。成对的WIMP相遇时,会发生湮灭(annihilate),因此释放高能量伽玛射线。

报导说,如果该理论正确,那么大量的伽玛射线应该来自于含有很多WIMP的地方,如星系的中心。但是,黑洞和脉冲星也会放射大量的高能射线,这会造成混淆,很难分清是否一定是来自暗物质的信号。

费米空间伽玛射线望远镜。(来源: NASA)
费米空间伽玛射线望远镜。(来源: NASA)

而科学家认为矮星系没有其他的伽玛射线来源,因此是观察伽玛射线的理想星系。霍斯阿帕斯教授说:“(矮星系)基本是很干净、安静的系统。”矮星系是一种比较小的星系,只有数十亿颗恒星,而我们银河系是由二千至四千亿颗恒星组成。

参与该研究的剑桥大学马修•沃尔克(Matthew Walker)说:“观测暗物质的重力效应很少能说明它的粒子运动特点。目前发现的非重力特征说明暗物质的运动像粒子,但有点可望而不可及。不过,那里出现伽玛射线以及暗物质正处于射线辐射的方向,这个现象很有趣。”

出乎意料的“古怪离奇”

令人惊讶的是,科学家们在其他的研究发现,暗物质可能不是由粒子组成。瑞士和英国的科学家通过观测十亿光年远的星系团碰撞情况,认为暗物质可能“比我们想像的更古怪离奇”。

据英国《每日邮报》报导,科学家提出一些不同看法,认为暗物质是液体,或根本不存在,甚至有科学家认为暗物质“比我们之前想像的更古怪离奇。”

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)及英国爱丁堡大学(University of Edinburgh)、达勒姆大学(Durham University)和伦敦大学学院(University College London)的科学家们分析哈勃太空望远镜和钱德拉( Chandra )X射线天文台测量72个星系团的数据,得到出人意料的结果:星系团发生碰撞时,暗物质“粒子”可以通过相互穿透。

哈勃太空望远镜。(来源:NASA)
哈勃太空望远镜。(来源:NASA)

报导说,这个理论更为重要的意义是,否认暗物质的粒子构成说。洛桑联邦理工学院大卫•哈维(David Harvey)博士说:“我们发现,星系发生碰撞时,暗物质之间无任何影响,畅通无阻。”

暗物质粒子自身不发生造成自身减速的相互作用。相反,暗物质和可见物质之间发生“非重力性”的相互作用。哈维博士解释说,他们提出的理论否认诸如“暗质子”及“暗光子”的暗物质粒子模型。

钱德拉( Chandra )X射线天文台。(来源: NASA)
钱德拉( Chandra )X射线天文台。(来源: NASA)

另据BBC报导, 伦敦大学学院马拉德空间科学实验室( Mullard Space Science Laboratory )的汤姆•凯卿(Tom Kitching)博士解释说,测量星体的位置、星系的质量分布以及气体的分布位置,得出星系团存在暗物质的可能性大于99.99999999999%。

但是凯卿博士认为,根据目前观测结果以及推测的暗物质性质,“暗物质”这个术语不好,应称为“透明物质”或“清亮物质”等其他名词,凯卿博士说:“我喜欢使用‘未知物质’(不被人知道的物质)来描述。”

看不见 却无所不在

科学家认为,我们宇宙中的物质至少80%是暗物质,因其既不吸收也不放射光线等性质,故仅能通过间接方法推测。有时采取观察暗物质对极其遥远星系的影响的方法,来探索暗物质自身或与其他物质发生的相互作用。

可见物质和暗物质在宇宙中的分布(左:可见物质;右:暗物质)。(NASA)
可见物质和暗物质在宇宙中的分布(左:可见物质;右:暗物质)。(NASA)

达勒姆大学计算宇宙学研究所的理查德•麦希(Richard Massey)说:“我们看不见风,但是因为树叶在飘,所以知道风在那儿。暗物质与这个类似,我们看不见它,但是它能把周围的物质推走。”

而暗物质极难被观测到。麦希博士说:“暗物质到处都是,在我们的银河系中,地球上,正在穿过我们的身体,但是对我们没有任何作用。如果你的头撞到暗物质墙,你的头会直接穿过去。”

科学家观测星系间的碰撞,发现暗物质的性质难以研究。(来源:NASA/ESA/D. Harvey/R. Massey等)
科学家观测星系间的碰撞,发现暗物质的性质难以研究。(来源:NASA/ESA/D. Harvey/R. Massey等)

《探索》(discovery)引述哈维博士的话说:“还有一些物质需要鉴别是否是‘暗物质’。探索不会停止,我们可能离答案更近了。 这些‘天文意义上的巨大的’粒子撞击终于让我们一瞥周围存在的触及不到的暗物质世界。”

责任编辑:林妍

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2015-04-01 7:29 PM
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