@ 2014.07.21 , 21:16

奇怪的暗物质让宇宙变得明亮

目前宇宙正面临前所未有的光危机,根据我们所发现的宇宙发光物体来看,外太空似乎比它之前要明亮得多,这为天文学家对天象进行观测带来了困扰。

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位于加州帕萨迪娜的华盛顿卡内基研究所天文台Juna Kollmeier说:“肯定有什么事情大错特错。”为了解决这个秘密,我们或许会找到寻找暗物质的新方法,或者发现宇宙中存在的还没被人发现的“黑色”成分。Kollmeier说:“无论我们发现了什么都会是惊人的,而且它很有可能将我们目前以为真实的结论推翻。”

这个麻烦的问题源自最新统计出来的放出高能紫外线的物质,其中最大的已知来源是类星体。类星体是以黑洞为中心的活动的星系。这些庞大的星体会吐出大量紫外线,只要有东西掉进它们附近就会被加热、压缩。年轻的星系充满着热量,明亮的恒星也是为宇宙贡献亮光的物质之一。

这些星体放射出的紫外线将弥漫星际的气体电离,溶出氢原子。对这些气体进行观察可以发现已经有多少气体被电离,从而帮助天文学家估计宇宙中的紫外线到底有多少。但随着我们看到的宇宙图像越来越清晰,天文学家发现测出的紫外线量与已知放射物质并不相符。也就是说应该还有别的物质在宇宙中放光。

Kollmeier从2012年开始担忧,那年意大利布里亚大学的Francesco Haardt和加利福尼亚大学的Piero Madau收集了几个天空调查结果发现,天文学家们已经发现的紫外线源要远远比前面所述方法测量出的紫外线强度、数量少。

今年2月,科罗拉多大学的Charles Danforth和他的同事发布了最新的用哈勃太空望远镜观测的星际氢。这一观测结果进一步确认,宇宙中的气体被大量电解这一事实。Kollmeier说:“或许在很久以前,星际里的氢气含量就比我们所想象的多得多,也许这样就没有光危机,但这个漏洞已经被堵住了。”

现在Kollmeier和她的同事用计算机模拟出星际气体量并将它和Hubble得出的数据进行比较,她们发现被电解的氢比发现的紫外线源要多出来五倍。奇怪的是,她们这次建模还得出一个结果:在早期、遥远的宇宙里紫外线光源和星际气体是完全匹配的,随着时间的推移有些事情悄然发生改变导致今天的结果。这可以归因于宇宙中神秘的暗物质,人们认为它组成了宇宙中80%以上的物质。

理论上来说,暗物质最主要可能是大质量弱相互作用粒子(或称WIMPs)。关于它有很多种版本的解释,其中包括一些不规范的变种会腐烂然后释放紫外线光子。已知暗物质在宇宙中的早期的作用就像一个创造我们今天所看到的宇宙的支架,我们对于过去可能存在多少暗物质已经游有了很好的想法。这表明,暗物质粒子在开始腐烂之前的数十亿年间都是稳定的。

密歇根大学暗物质专家Kathryn Zurek说,理论家们现在可以通过计算,和查看那些已被提出的备选暗物质是否在腐烂然后产生紫外线来思考宇宙紫外线问题。如果真的是这样的话,那就可以解释为什么只有在现代宇宙中才看到紫外线过量现象。而如果WIMPs并不是原因,那么可能解释就变得更离奇了,比如神秘的、不能被观测到“黑暗”物质发出紫外线。如果这两个都不对,那就是对宇宙中错位的是星际里的氢含量这一出发点走错了。

Kollmeier:“我们不知道它到底是什么,或者说我们报告的只是一种新发现而不是什么宇宙光危机,我们现在这样大量调查并发布结果的目的是为了引起大家的注意,这样就能齐心协力找出问题的答案。”

本文译自 New Scientist,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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