基於探測星系異常X射線輻射的暗物質新理論

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】暗物質越來越令人困惑。在世界各地物理學家幾十年來一直試圖確定這些物質粒子的性質，這些粒子不發光，因此肉眼是看不見的。它們的存在是在20世紀30年代提出的，用來解釋某些天文現象。可見物質，如構成恆星和地球的物質，只佔宇宙的5%，有人提出暗物質必須占宇宙的23%。但迄今為止，管進行了深入的研究，但事實證明實際上不可能確定所涉及的粒子。約翰內斯古騰堡大學(JGU)的研究人員現在提出了一種新的暗物質理論，這意味著暗物質粒子可能與通常假設的非常不同。特別是理論涉及到暗物質粒子，它們極其輕，幾乎是電子的100倍，這與許多傳統的暗物質粒子形成鮮明對比。

英仙座星系群的x射線圖像，距離地球約2.4億光年。星系和星系團發出的x射線輻射仍然給天體物理學家帶來了許多難題。特別是可能為神秘暗物質的性質提供線索。圖片版權：Photo courtesy of NASA

根據共同理論暗物質必須存在，否則恆星就不會像事實上那樣繼續圍繞星系中心旋轉。對於暗物質來說，最受青睞的候選之一就是所謂的弱相互作用大粒子，即弱相互作用粒子。例如研究人員正在義大利的Gran Sasso地下實驗室進行研究。但是最近在天體粒子物理學領域的科學出版物越來越多地認為，在暗物質問題上WIMPs不太可能是可行的。美因茨大學的約阿希姆·科普教授說，也正在積極尋找可能的替代方案。這位物理學家和他的同事Vedran Brdar, Jia Liu和Xiao-Ping想要仔細觀察2014年幾個獨立團體的觀察結果。這些小組報告了先前未被探測到的光譜線的存在，其能量為3.5千電子伏(keV)，來自遙遠星系和星系團的x射線光。這種不尋常的x射線輻射可能為暗物質的性質提供了線索。此前有人指出，暗物質粒子可能會衰變，從而產生x射線。

然而Joachim Kopp的團隊在基於mainz的精密物理、基礎交互和物質結構(PRISMA)上的團隊正在採取另一種方法。由暗物質湮滅產生的x射線輻射。PRISMA的研究人員提出了一個場景，其中兩個暗物質粒子相撞，導致它們相互湮滅。這類似於發生的情況，例如當一個電子與它的反粒子，一個正電子相遇。長期以來人們一直認為，如果暗物質是由光粒子構成的，就不可能觀測到暗物質的湮滅。「已經將新模型進行了詳細審查，並將其與實驗數據進行了比較，這一切都比舊模型更好。根據Kopp的模型，暗物質粒子將是一種只有幾千伏電子伏的費米子，通常被稱為惰性中微子。這種輕量的暗物質通常被認為是有問題的，因為它很難解釋星系是如何形成的。

到目前為止已經能夠處理這些問題，暗物質湮滅是一個兩步過程的假設，在這一背景下是至關重要的:在這一過程的初始階段，形成了一個中間狀態，隨後分解為觀察到的x射線光子。計算結果表明所產生的x射線特徵與觀測結果密切相關，從而為這些觀測提供了一個新的解釋。與此同時新模型本身是如此的普遍，它將為尋找暗物質提供一個有趣的起點，即使它發現2014年發現的譜線有不同的起源。JGU的理論物理學家和實驗物理學家目前正在研究歐空局任務e-ASTROGRAM，它的目標是分析之前未達到的天體物理x射線輻射。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：物理評論通訊

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美因茨大學

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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