暗物質可能在我們周圍擺動時空,科學家可能終於知道如何探測它了 !2024 小葫蘆的宇宙頻道
34 觀看·2024年2月16日
宇宙中有一种神秘的物质,它不发光也不反射光,它不和其他物质发生任何相互作用,除了引力。它就是暗物质,它占据了宇宙中物质的绝大部分,却又难以被我们直接探测到。暗物质是什么?它是如何影响宇宙的演化和结构的?我们又该如何寻找它的踪迹呢?
为了解决这个问题,德国电子同步加速器(DESY)加速器中心的理论物理学家金亨镇提议使用引力波探测器来搜寻暗物质粒子。关于暗物质粒子的性质有很多假设,它们在星系中大量聚集形成所谓的光环。在2023年12月发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上的这篇新论文中,金假设这些粒子可能非常轻,正如许多流行的暗物质理论所预测的那样。"超轻粒子通常出现在许多超越标准模型的理论中,"Kim他补充说,其中一些粒子是暗物质的 “完美候选者”,对这一难以捉摸的实体的行为方式产生了一些有趣的影响。
"Kim说:"与其他’粒子’暗物质候选者不同,超轻暗物质粒子的行为更类似于经典电磁波。
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宇宙中有一種神祕的物質
它不發光也不反射光
它不和其他物質發生任何相互作用
除了引力
它就是暗物質
它佔據了宇宙中物質的絕大部分
卻又難以被我們直接探測到
暗物質是什麼
它是如何影響宇宙的演化和結構的
我們又該如何尋找它的蹤跡呢
這些問題困擾着許多科學家
他們不斷地提出各種假說和理論
試圖揭開暗物質的面紗
最近
一項新的理論研究引起了人們的注意
它表明
科學家也許很快就能利用
下一代衛星艦隊
探測到暗物質在我們周圍
輕輕擺動時空的痕跡
這一研究爲暗物質的探測
提供了一個全新的思路
也讓我們對宇宙中最神祕的實體
有了更多的瞭解
暗物質是一種顯爲人知的物質
它不會發射
吸收或反射光線
但卻對其他物質產生明顯的引力影響
儘管暗物質在太空中的含量
是普通物質的五倍以上
但暗物質的組成和性質
爲了解決這個問題
德國電子同步加速器
加速器中心的理論物理學家金亨震
提議使用引力波探測器
來搜尋暗物質粒子
關於暗物質粒子的性質有很多假設
它們在星系中大量聚集
形成所謂的光環
在2023年12月
發表在《宇宙學與天體粒子物理學》
雜誌上的這篇新論文中
金假設這些粒子可能非常輕
正如許多流行的暗物質理論
所預測的那樣
超輕粒子通常出現在
許多超越標準模型的理論中
金他補充說
其中一些粒子是暗物質的完美候選者
對這以難以捉摸的實體的行爲方式
產生了一些有趣的影響
金說
與其他粒子暗物質候選者不同
超輕暗物質粒子的行爲
更類似於經典電磁波
暗物質的波特性
可能會導致意想不到的行爲
特別是
最近的理論研究表明
星系光環內暗物質的密度
應該會發生隨機變化
使整個星系發生顛簸
並可能留下暗物質構成的微妙線索
金說
想象一下海洋中的波浪
我們經常看到海面上有波動
它以不可預測的方式演變
同樣的情況
也會發生在超輕暗物質光環中
金補充說
由此產生的波動
可能會延伸到地球與太陽之間
距離的數百萬倍
如果暗物質是超輕的
如果它確實表現得像波一樣
那麼科學家就有可能用引力波探測器
探測到它的運動
根據愛因斯坦的廣義相對論
當這種波通過引力波探測器時
會改變內部空間的幾何形狀
暫時改變探測器內兩面鏡子
或其他類似物體之間的距離
這種微小的變化
使科學家們能夠探測到引力波的存在
金在他的研究中提出
這個距離不僅可能被引力波改變
也可能被移動的暗物質波動改變
暗物質波動可能用它的引力場吸引鏡子
就像地球吸引在它周圍旅行的天體一樣
金說這些波動在太陽系內隨機移動
不斷轟擊引力波探測器
爲了瞭解現代引力波探測器
是否能從理論上探測到超輕暗物質的影響
金計算了不同大小的暗物質粒子
可能對時空產生的擾動
金必須探索廣泛的質量範圍
從比電子質量小約16到28個數量級
他的理論分析表明
對於所有這些質量
現有的探測器
若2015年幫助證明引力波存在的
激光干涉引力波天文臺
將無法探測到暗物質波動
因爲它們的靈敏度太低
然而
有幾個未來引力波探測器項目
將設在太空中
其衛星之間的距離
不會像LIGO的反射鏡之間的距離那樣
只有幾英里
而是大約大100萬倍
如果這個距離發生變化
哪怕是很小的一部分
變化的幅度也應該非常大
以至於暗物質的影響
應該是可以測量的
金說我發現暗物質波動轟擊
可能會在引力波探測器中
留下一個獨特的信號
未來的天機探測器
可能能夠測試超輕暗物質的假說
我的建議是
利用未來的空間引力波探測器
如激光干涉儀空間天線
由於LISA目前計劃於2030年代中期發射
這一理論可能還需要十多年
才能得到驗證
不過
金補充說
與此同時
可能還有其他方法
可以探測暗物質對時空的影響
他說
我目前正在研究將快速旋轉的中子星
作爲探測這種波動的另一種方法的前景
中子星是一種極端的天體
它們是恆星死亡後的殘骸
它們的質量大約是太陽的一倍
但卻只有城市大小
它們的密度非常高
它們的表面重力是地球的上億倍
它們的磁場是地球的上千萬倍
它們的自轉速度也非常快
有些中子星
每秒可以旋轉上百次
中子星的這些特性
使它們成爲探測暗物質的理想工具
金認爲
如果暗物質波動通過中子星
它們可能會改變中子星的自轉速度
這種變化可以通過觀測
中子星發出的電磁脈衝來測量
這些脈衝通常非常穩定
就像宇宙中的時鐘一樣
但是如果它們受到暗物質的影響
它們可能會出現微小的偏差
這些偏差可能會暴露暗物質的存在
金說
我正在計算暗物質波動
對中子星自轉的影響
以及我們是否能夠用現有的
或未來的望遠鏡來探測到它
這是一個非常有趣的課題
因爲中子星是一種非常特殊的天體
它們的物理性質非常極端
而且它們也是一種非常強大的引力波源
金的研究爲暗物質的探測
提供了一個新的視角
也讓我們對宇宙中最神祕的實體
有了更多的期待

