宇宙的實際溫度比它應有的溫度略高——科學家發現，暗光子可能是罪魁禍首|2024 小葫蘆的宇宙頻道

我們生活在一個充滿光的世界 光是一種電磁波 是電磁力的表現形式 電磁力是自然界的四種基本力之一 它支配着電荷、磁場和光的相互作用 光的微觀粒子是光子 它們是電磁力的載體 也就是說它們是傳遞電磁力的粒子 但是你知道嗎 除了我們熟悉的光子 宇宙中可能還存在一種神祕的粒子 它們被稱爲暗光子 暗光子是一種暗物質的假設形式 暗物質是一種看不見的物質 約佔宇宙中所有質量的80% 暗光子也是一種粒的載體 但它們不是傳遞電磁力 而是傳遞一種新的未知的粒 這種粒被稱爲暗粒 如果暗粒是自然界的第五種粒 那它只在暗物質之間起作用 而對正常物質沒有影響 暗光子和光子有一些相似之處 比如它們都沒有電荷 都可以以光速運動 都可以表現爲波波粒子 但是暗光子和光子也有一些不同之處 比如暗光子有極小的質量 而光子沒有質量 暗光子不與光發生相互作用 而光子可以與光發生相互作用 最重要的是 暗光子有一個特殊的能力 它們可以偶爾變成光子 或者從光子變回暗光子 這種現象被稱爲暗光子和光子的混合 那麼我們怎麼能觀測到暗光子呢 有一個方法是利用所謂的萊曼阿爾法森林 這是一種用來觀測星系間氣體的技術 星系間氣體是指散佈在星系之間的稀薄氣體 主要由氫原子組成 當我們觀測來自遙遠明亮天體的光時 比如類星體 在來自遙遠天體的光的平滑光譜中 會出現一系列間隙 這是因爲這些光線在到達我們的視野之前 必須經過數十億光年的星系間氣體的過濾 在這個過程中 有一種特定波長的光線會被氫原子吸收 這個波長對應於氫原子內部電子 從第一能級上升到第二能級所需的能量差 這樣就在光譜中留下了一個缺口 這個缺口被稱爲萊曼阿爾法線 由於宇宙的膨脹 來自遙遠天體的光線會發生紅移 也就是說它們的波長會變長 頻率會變低 這意味着不同距離的星系間氣體 會吸收不同波長的光線 從而在光譜中產生不同位置的萊曼阿爾法線 如果我們觀測到很多的萊曼阿爾法線 就像一片森林一樣 那麼我們就可以推斷出星系間氣體的分佈和性質 這就是萊曼阿爾法森林的原理 萊曼阿爾法森林不僅可以告訴我們星系間氣體的位置 還可以告訴我們星系間氣體的溫度 這是因爲氣體的溫度會影響氫原子的運動 從而影響萊曼阿爾法線的寬度 如果氣體越熱 氫原子的運動就越劇烈 萊曼阿爾法線就越寬 如果氣體越冷 氫原子的運動就越緩慢 萊曼阿爾法線就越窄 通過測量萊曼阿爾法線的寬度 我們就可以推算出氣體的溫度 然而最近一些天體物理學家發現了一個奇怪的現象 他們利用精密的計算機模擬 預測了星系間氣體的演化過程 然後與實際的觀測結果進行比較 他們發現觀測結果表明 星系間氣體的溫度比模擬預測的要高一些 這意味着有什麼東西正在加熱星系間氣體 而這個東西沒有被模擬考慮在內 這個東西到底是什麼呢 有一種可能的解釋是暗光子正在起作用 如果暗光子存在 它們就會在宇宙中不斷地與光子混合 從而產生新的光子 這些新的光子會以各種波長和方向飛射出去 有些會撞到星系間氣體上 從而給氣體帶來熱量 這樣暗光子就成了一種隱形的熱源 它們可以解釋爲什麼星系間氣體比預期的要熱 當然這只是一種假設 還有很多問題需要回答 比如暗光子的質量和混合概率是多少 暗光子和光子的混合機制是什麼 暗光子和暗粒的性質是什麼 暗光子對其他天體物理現象有什麼影響 暗光子是否可以被其他方法直接探測到 這些問題都需要更多的研究和實驗來驗證和探索 暗光子是一種激動人心的想法 如果真的存在 那它不僅可以解釋一些天文學的謎團 還可以揭示自然界的新的力和粒子 如果暗光子真的存在 它們就會給我們的宇宙增添一抹新的光彩