宇宙正在发烧 科学家猜测可能和暗物质有关 银河系也受影响
回首宇宙的起源,我们发现它在138亿年前由一场神秘的奇点爆炸产生,接着漫长的亿万年里,宇宙渐渐冷却,同时各种基本粒子开始涌现。这些粒子相互组合,创造了多彩多样的物质,随着引力的作用,它们汇聚成了我们今天所见的恒星和星系。在星系之间,广袤的空间中存在着大量星际气体云。然而,近来的一项观测结果却揭示了一个出人意料的情况,星系间的气体温度似乎比理论模拟的温度要高一些。理论上,现今宇宙的温度应该趋于稳定,但似乎宇宙现在正处于一种微弱的“发热”状态。科学家猜测,这个谜之热源可能与暗物质中的暗光子有关。
暗物质的概念首次提出可以追溯到上世纪30年代,当时瑞士天文学家Fritz Zwicky观测到星系内部的运动速度明显超出了根据可见质量计算的速度。他提出,宇宙中可能存在一种不为人类所见的物质,这种物质通过引力影响星系的轨迹,被称为“暗物质”。
暗物质的真正本质依然未知,也不清楚它是如何诞生的。尽管如此,通过研究恒星的运动以及星团内的星系运动,天文学家一致认为,暗物质在宇宙中占据着相当大的比例。
有一种假说认为,暗光子就是暗物质的一种形态。这些暗光子对宇宙产生了一种微弱的加热效应,而在某些特殊条件下,它们可能会转化为常规粒子,同时释放额外的热量。
观测暗物质一直是一项极具挑战性的任务,因为暗物质几乎不与光发生相互作用,只能通过引力异常来推断其存在。不过,暗光子有点不同,科学家认为,通过分析星系间氢气发射线中的莱曼-阿尔法森林,我们或许可以找到暗光子的蛛丝马迹。
在宇宙中,类星体是最明亮的天体之一,通常距离我们的太阳系非常遥远。从类星体发出的光经过漫长的星际旅程才抵达地球。在这个过程中,光子会遇到星系间物质,这些物质会吸收光子,产生一系列吸收线,特别是在氢的莱曼α发射线的短波侧会形成密集的吸收线群,被称为莱曼-阿尔法森林。
这些吸收线的产生原因在于光子穿越星系间的中性氢云团时,会遇到密度较大的中性氢云。虽然大部分光子能够穿过而不受影响,但具有特定波长的光子会被吸收,导致光谱中出现缺失的吸收线。
这些光子在传播到地球的过程中会经过多个中性氢云团,同时由于宇宙在不断膨胀,这些云团的吸收线将发生红移,使吸收线出现在不同的波长上,形成一系列密集的吸收线。当中性氢云团的温度较低时,产生的吸收线会呈细长的条纹,但当云团内部的粒子剧烈运动时,温度升高,吸收线则变得宽广。通过观察这些吸收线的状态,科学家可以测量星际气体云的温度。
利用这种方法,研究人员对星际气体云的温度进行了测量,结果表明实际温度要高于计算机模拟的温度。这显示出宇宙中存在一种未曾观测到的热源,而这一谜之热源很可能来自暗光子。
正常光子在宇宙中传播电磁力,创造电和光,但暗光子的性质截然不同。暗光子可能携带一种未知的基本相互作用力,这种相互作用力运作在我们目前所熟知的尺度和空间之外。
尽管暗物质不易观测,但它们具有质量,也是力的传递者。虽然它们与常规物质不发生相互作用,但却会与其他类型的暗物质粒子发生相互作用。在特定条件下,这些暗光子可能会突然转化为低频光子,并与真正的常规光子混合在一起,表现出常规光子的特性,同时释放额外的热量。
通过计算机模拟宇宙的演化,研究人员发现,如果考虑暗光子的转化,这可以很好地解释观测到的星际气体温度,但这仅仅是一个猜想,还有其他合理的解释。
目前,我们对于暗物质几乎一无所知,但存在大量的证据表明它可能真实存在。例如,根据理论,银河系外围恒星的公转速度应该比内部慢,才能保持星系的稳定。然而,实际速度却明显高于预测值,如果没有暗物质的存在,银河系早已解体。
了解暗物质对人类来说是一个极大的挑战。它可能像过去的“以太”一样不存在,也可能对宇宙的演化和人类理论产生深远影响。正因如此,我们对宇宙中的这一奥秘充满了好奇和探索的决心。
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