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暗物质可能是由普通物质转化而来

时间:2021-12-08 06:20:31 浏览量:
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暗物质是宇宙中最古怪的物质之一,并且其古怪程度也许远超我们的想象。

  科学家发现,这种神秘且隐形的物质可以通过将普通物质转化成暗物质实现增殖。这种增殖方式又叫指数级增长。根据此前在《自然》期刊上发表的研究,这种现象在自然界中十分常见,菌落生长就是一个典型的例子。

暗物质可能是由普通物质转化而来暗物质可能是由普通物质转化而来

自瑞士传奇天文学家弗里茨·兹威基1933年首次在论文中描述以来,暗物质便一直是一个宇宙难题。宇宙中可以看见的物体均由普通物质构成,例如地球、恒星、树木、人类等等,而暗物质就是这些普通物质的“卵生兄弟”,只是看不见、摸不着。科学家还不确定暗物质由什么组成,也不清楚它们是如何形成的,只知道这些神秘物质约占宇宙物质总量的85%。

  但如果暗物质无法与光线发生相互作用,科学家看不见它们,他们又是如何确定暗物质无处不在的呢。事实上,暗物质是通过对其它天体的引力作用暴露自己的存在的。例如,NASA的研究人员此前发现,一些星团的真实引力远大于根据其中可见物质测算出的引力,假如暗物质不存在的话,这些观测结果根本讲不通。

  而此次研究人员提出的新机制认为,暗物质来自普通物质。之前一种名叫“热退耦”(freeze-out)的主流机制认为,暗物质是在早期宇宙中形成的,当时所有粒子都在这锅稠密、炽热的“汤”中撞来撞去。该理论认为,大多数粒子开始时都是暗物质,但一旦与其它普通物质接触,就会立即被摧毁,这种现象叫做“湮灭”。而将这种反应倒过来,就可以让暗物质将早期宇宙中大量存在的普通物质取而代之,这一机制名为“冷冻耦合”(freeze-in)。

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  该研究主要作者将冷冻耦合机制推演到了最极端的一种情况。他们提出,最开始时,宇宙中普通物质的量远多于暗物质,但这种情况很快发生了变化。研究人员推测,当一个暗物质粒子接触其它粒子时,就会湮灭成另一种粒子,同时释放出两个暗物质粒子。这与其它基本粒子(比如正电子和电子)湮灭时产生两个质子的原理十分相似。但与冷冻耦合不同的是,按照这一模型,暗物质可以实现指数级增长。这是一种全然不同的机制,假如事实果真如此,暗物质与普通物质高达6比1的比例便可得到解释了。

  但如果暗物质可以将其它所有物质都转化为暗物质,这是否意味着整个宇宙最终都将变成一团巨大的暗物质呢?

  不一定。如果这一过程长期持续下去,宇宙中的暗物质将比如今多得多。此次提出的新机制只在极端高温下可行。随着宇宙逐渐冷却,该反应也会随之停止,暗物质的量也就此锁定。

  不过,此次新提出的指数级增长模型只是解释暗物质的众多机制之一,就目前而言,关于暗物质的问题远比答案多。

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编辑:时雨
关键词: 暗物质
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