透过森林看到的暗物质

导读 在莱曼-阿尔法森林中观察到的波长分布图中的密集峰确实类似于许多小树。每个峰都代表特定窄波长的光的突然下降,有效地映射了光在到达我们...

在莱曼-阿尔法森林中观察到的波长分布图中的密集峰确实类似于许多小树。每个峰都代表特定窄波长的“光”的突然下降,有效地映射了光在到达我们身边的旅程中遇到的物质。

这有点像皮影戏,我们根据人物的轮廓猜测他位于灯光和屏幕之间。天体物理学家非常了解氢分子的“影子”,它悬浮在我们和更远的强光源投射的光之间很远的地方。所使用的图像称为光谱图。它们是辐射的分解,为简单起见,我们将其称为光,但也包括我们眼睛看不到的频率,分解成组成它的波长带。

“它就像一种非常细腻的彩虹,”加州大学河滨分校的物理学家、这项研究的作者之一西缅·伯德 (Simeon Bird) 解释道。当阳光穿过棱镜(或水滴)并分解成各种“成分”时,我们就会看到彩虹,混合在一起的波长会呈现为白光。在来自类星体等宇宙源的光谱图中,也会发生同样的事情,只是几乎总会有一些频率缺失,在没有光的地方会呈现为黑色带,好像有什么东西投下了阴影。这些都是光在途中遇到的原子和分子。由于每种原子都有特定的吸收光的方式,并在光谱图中留下某种特征,因此可以追踪它们的存在,尤其是宇宙中最丰富的元素氢。

“氢很有用,因为它就像是暗物质的示踪剂,”伯德解释道。暗物质是当前宇宙研究的一大挑战:我们仍然不知道它是什么,也从未见过它,但我们确信它的存在非常丰富——比正常物质还要丰富。伯德和他的同事使用氢来间接追踪它。“这就像把染料粘进水流中:染料会跟随水流。暗物质受到引力,因此具有引力势。氢气落入其中,你可以用它作为暗物质的示踪剂。密度越大的地方,暗物质就越多。你可以把氢看作染料,把暗物质看作水。”

伯德和他的同事们的工作不仅仅是监测暗物质。在目前的宇宙研究中,存在一些所谓的“矛盾”,即观测结果和理论预测之间的差异。

这就像打开一罐去皮的西红柿,发现里面有玻璃弹珠:根据你对世界运作方式的假设,你会期待一件事,但令人惊讶的是,事实却与你的想法相反。你的常识相当于物理学的理论模型:它们引导你预测里面的内容,但当你看到罐子里的东西时,你惊呆了。

有两种情况可能发生:你的视力有问题,那些确实是西红柿,或者你的知识基础有误(也许你在国外,误读了罐头上的标签)。宇宙物理学研究中也发生了类似的事情。“当前的紧张局势之一是小尺度和低红移星系的数量,”伯德解释说。低红移宇宙是距离我们相对较近的宇宙。

“目前解释观测值与预期值差异的假设有两种:存在一种我们一无所知的从未见过的粒子,或者星系内部的超大质量黑洞发生了一些奇怪的事情。黑洞在某种程度上阻碍了星系的生长,因此扰乱了我们的结构计算。”

伯德和同事们的研究证实了这种张力的有效性(所以它们确实是大理石而不是西红柿)。它还做了更多的事情。“这次检测的意义仍然很小,所以还不能完全令人信服。但如果这在后来的数据组中成立,那么它更有可能是一种新粒子或某种新型物理学,而不是黑洞扰乱了我们的计算,”伯德总结道。

免责声明:本文由用户上传,如有侵权请联系删除!

猜你喜欢

最新文章

<