宇宙中最神秘的boss:暗物质,他的起源会早于宇宙大爆炸吗?

宇宙中最神秘的boss:暗物质,他的起源会早于宇宙大爆炸吗?
2020年01月15日 12:20 新浪网 作者 天文在线

暗物质可能是宇宙中最大的谜团。我们知道,有些事情的出现会让某件事发展得比他们应该发展的速度更快。但是我们不知道它是什么,我们当然也不知道它从哪来。

图解:从引力透镜产生的效应,星系团CL0024+17内部被发现存在有一个暗物质圈,在这张哈勃太空望远镜像片里以蓝色显示出来。

根据一份新论文报告可以看出,暗物质的起源可能比我们所了解到的更奇特。也许,它们是在大爆炸之前某一很短的时间段内,可能是一秒的几分之几之中出现的粒子。

如果这个假设成立,这不仅仅表明在粒子物理学和天文学之间存在着一种新的联系,它也可能会表明一种寻找某种神秘物质的新方法。

图解:被暗物质包围绕着的地球想像图

约翰霍普金斯大学的天文学家和物理学家托米·滕卡宁说:"如果暗物质是由大爆炸前诞生的新粒子组成的,它们会以独特的方式影响星系在天空中的分布。"这种联系可以用来揭示暗物质的身份,并且能够做出关于在大爆炸之前的时代的结论研究。

这一切都与宇宙开始时的时间顺序交织在一起,这本身就是一个非常黑暗蒙昧的时期。

图解:根据大爆炸理论,宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。

我们认为,有一种叫做"大爆炸"的过程中——尽管大爆炸的产生究竟需要什么仍在争论之中,宇宙会在一个很短的时间——也许只有一秒之短,在一个目前没有命名的区域之中像气球一样爆炸。

更为大众普遍所接受的认识是,宇宙膨胀发生在大爆炸后10-36和10-32秒之间。其模型如上图所示。

但一些科学家认为,暗物质的出现发生在大爆炸之前,在这种情况下,大爆炸是宇宙产生的条件,正好在宇宙膨胀结束时。

在这个阶段所发生的事,我们没有办法知道。正如哈佛-史密森理论物理学家阿维·勒布今年早些时候所说,"目前宇宙膨胀的情况是一个非常多变的问题,在实验上也不能被伪造。”他在谈论宇宙膨胀是否确实发生(这也是一个正在争论的问题),但是这个声明也适用于讨论宇宙膨胀的时机。

暗物质——根据我们的计算,在宇宙中占物质的80%左右——有时被认为是大爆炸的产物。但也有人对此提出异议,滕卡宁说到:"如果暗物质真的是大爆炸的残余物,那么在许多情况下,研究人员应该已经在不同的粒子物理实验中看到了暗物质的直接信号。”

相反,他的数学模型表明,暗物质可能是宇宙膨胀的产物。这不是学术界第一次提出这个想法,但滕卡宁提供了支持它的数学依据。

而且,如果宇宙膨胀发生在大爆炸之前,暗物质可能就出现在宇宙原始汤之中的其余物质之前。

这表明标量粒子可以是暗物质的根源。这些是零自旋的粒子,而膨胀理论——标量场驱动宇宙膨胀理论——表明它们在时间的闪烁中大量产生。

到目前为止,我们只探测到一个标量粒子,也就是希格斯玻色子。但是这也不能证明很多关于暗物质的事情。

"虽然这种暗物质在粒子实验中难以发现,但天文观测会中揭示其存在,"Tenkanen说。

"当欧几里德卫星在2022年发射时,我们将很快更多地了解关于暗物质的起源,这将是非常令人兴奋的事情。如果它的发现可以达到高峰之前的大爆炸,那我们就可以看看这颗卫星会揭示什么暗物质。

这一切都是高度理论的东西,但暗物质是任何在塑造我们的宇宙的关键角色的神秘物质。在未来十年里,寻找暗物质会如何,这将是令人引人入胜的事情。

在宇宙学中,暗物质(英语:Dark matter),是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。

参考资料

1.WJ百科全书

3. sciencealert-苍灵

翻译:天文志愿文章组-苍灵

审核:天文志愿文章组-

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