天文學家有望揭開暗物質之謎 | 陽光歷史

 

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天文學家有望揭開暗物質之謎

2016年10月10日 宇宙奧秘-短篇 暫無評論 閱讀 40 次

據美國太空網報道,在過去的25年,暗物質對人類而言始終是一個神秘之物。但隨著時間的流逝,科學家很有可能在不久的將來解開這種令人迷惑不解的物質——構成宇宙中絕大多數物質——的神秘面紗。

  沒有一個人知道不可見的暗物質究竟是什麼,但它一定存在於茫茫宇宙中,如果沒有它,星系便會彼此分離。不久後進行的實驗——例如位於瑞士的大型強子對撞機——以及將於2011年發射的新衛星「蓋亞」號將成為我們走進真相的關鍵因素,在它們的幫助下,暗物質這個科學界尚未揭開的最大謎團之一將最終褪去神秘面紗。


  絕大多數天文學家均接受這樣一個令他們困惑的事實:宇宙中看不見的物質在數量上要遠遠超過我們能夠看到的。科學家認為可見物質——包括所有行星、恆星以及星系——只能宇宙總質能的4%左右,暗物質及其更為神秘莫測的「親戚」暗能量則占餘下的96%。劍橋大學天文學家傑勒德·吉爾摩爾(Gerard Gilmore)表示:「對於暗物質究竟是什麼這個問題,我們並沒有達成一致意見。」在12月5日出版的《科學》雜誌上,吉爾摩爾發表了一篇有關探尋暗物質的文章。


  當前一項最主要的假設認為,暗物質由一些尚未被探測到的怪異粒子構成,它們不與光發生聯繫,因此無法被我們看到。一種理論將這種怪異粒子稱之為WIMP(大質量弱相互作用粒子的英文縮寫),它們呈電中性,質量是質子的100倍。


  大型強子對撞機是一個位於地下長17英里(27公里)的環形粒子加速器,能夠將質子束加速到接近光速並發生撞擊。對撞機實驗是第一次用於探測WIMP的實驗。2008年9月,這台粒子加速器正式啟動,但由於結構出現故障,不久便被迫「下崗」——預計將於2009年夏季重啟。大型強子對撞機是有史以來製造的體積最大同時功率也最為強勁的粒子加速器,內部發生的撞擊能夠產生創造WIMP這種怪異粒子所需要的極高能量。實際上,對撞機還可能產生大量此前從未被發現的粒子,進而開闢一個物理學家一心要探索的宇宙學新領域。


  吉爾摩爾在接受《科學》採訪時說:「假設是,存在新型粒子的整個家族;挑戰是,對於自然界如何形成,我們找到了一整套新因素,但這些因素如何發揮作用才是問題的關鍵?例如,這些粒子以何種比例混合併創造宇宙,又是以什麼方式?」


  這是「蓋亞」號所要承擔的使命。在設計上,歐洲航天局的這顆衛星將以空前精確度對大約10億顆附近天體的方位和速度進行測量。吉爾摩爾說,「蓋亞」號的視覺非常敏銳,能夠洞察極為遙遠的天體,相當於在地球上看到月球表面的一個襯衫紐扣。通過確定內部天體的方位,「蓋亞」號將幫助科學家測量銀河系的重量以及質量分佈,在細節上要超過以往進行的任何觀測。對於創建描繪暗物質拉力如何改變銀河系形狀的模型,這些測量數據能夠起到至關重要的作用。


  吉爾摩爾說:「『蓋亞』號的任務是測量天體的距離以及它們如何在三維空間移動,其所能達到的準確性將超過以往任何觀測,允許我們對能夠發現的所有體積的天體進行稱重。在相關測量數據幫助下,我們對宇宙中暗物質分佈情況的瞭解能將達到極高的精確度,而這正是確定其特性的一個關鍵。」


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