南极布下天罗地网让宇宙“隐身人”显出原形:仅有的一条线索断了

2020-04-14   宇宙印象

惰性中微子是目前最有潜力的候选者之一,科学界对中微子的研究已经有数十年的积累,我们已经确定中微子确实有质量,而且不会与光发生作用,唯一的缺陷是中微子的移动速度太快,窜来窜去,换而言之,如果中微子是暗物质粒子,那么星系就无法形成。

宇宙印象 深度科普栏目第1204期 暗物质构成了宇宙中绝大部分质量,但我们却无法知道其真实面目,这或许是本世纪最大的天文学奥秘之一。天文学家非常肯定宇宙中存在暗物质,比如我们通过引力效应发现暗物质的存在、星系自转速度受到暗物质的制约等,但我们不知道暗物质由什么粒子构成。有趣的是,暗物质占到了宇宙全部质量的85%。


图解:宇宙中的暗物质占据全部质量的85%,但目前我们对暗物质粒子的了解几乎停滞

图解:星系需要暗物质介入,不然自转速度会太快

惰性中微子成为候选者

关于暗物质的特点有这么几个,暗物质是不可见的,不发光,也不吸收光,对光粒子的任何作用都没有反应,因此我们无法通过光谱对其进行研究,被喻为宇宙中的“隐身人”。目前只有一点是肯定的,暗物质可以通过引力效应显示自己的存在,这说明暗物质具有质量。根据科学家的估算,宇宙中有85%的质量都来自暗物质的贡献,而我们日常可见的物质,比如恒星和星系只占15%左右。


图解:由暗物质制造的引力透镜,符合暗物质具有引力作用的特点

关于暗物质由何种粒子构成,头条独家的宇宙印象指出,惰性中微子是目前最有潜力的候选者之一,科学界对中微子的研究已经有数十年的积累,我们已经确定中微子确实有质量,而且不会与光发生作用,唯一的缺陷是中微子的移动速度太快,窜来窜去,换而言之,如果中微子是暗物质粒子,那么星系就无法形成。从以上分析可以看出,暗物质粒子不仅要有质量,而且要“懒得”移动,这样才能让星系更加稳定。


图解:左图是星系在受到暗物质控制时的自转,右图是没有暗物质控制,星系的可能模样

惰性中微子虽然是候选者,但是科学家也发现,惰性中微子在某些情况下会与正常的中微子发生相互作用,在高能辐射中发生衰减,释放出X射线。由此,科学家根据这个线索对惰性中微子进行研究,如果惰性中微子是暗物质粒子,那么在银河系周围应该存在大量的暗物质,释放出X射线的能量为3.5千电子伏特。

仅有的一条线索断了

2014年,一个天文学家团队似乎发现了能量为3.5千电子伏特的X射线信号,他们观察了银河系中最暗的区域,却找不到具有说服力的、可重现的X射线信号。因此,2014年这次惰性中微子露面有可能是一次误报,仅有的一条线索也就此断了。惰性中微子是一种假设,如果它们存在,不仅会缺少电荷,几乎不可见,它们有部分特点与暗物质粒子相似,但也不是全部。


图解:位于南极的冰立方中微子天文台,这里没有人类活动干扰

除了天文学家对银河系进行观测以寻找惰性中微子外,南极也布下天罗地网让宇宙“隐身人”显出原形。南极冰立方中微子天文台也在寻找这个粒子。该站拥有5160个传感器埋藏在冰下2公里深处,体积达到1立方公里,也是世界上最大的中微子探测器。


图解:位于南极的冰立方中微子天文台,由5160个传感器构成,埋藏在冰下2公里深处。

2016年,科学家宣布经过多年的观测,依然没有找到所谓的惰性中微子,给出了99%不可能存在的结论。根据惰性中微子的理论,这本应该是宇宙中除了光子之外最多的粒子,但是我们仍然没有找到它们的踪迹。惰性中微子被认为是第四种中微子,前三种分别为电子中微子、μ中微子和τ中微子。目前科学界仍然在寻找惰性中微子,作为宇宙中的“隐身粒子”,我们除了思考证明其存在的方法外,还有需要拿出证明其不存在的方法,这样才能排除惰性中微子是暗物质粒子这个干扰项。宇宙印象为今日头条独家,其他均为假冒,转载均为非法。