暗物质可能是来自额外维度的宇宙遗迹

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暗物质,这种占宇宙中大部分质量的难以捉摸的物质,可能是由被称为引力子的大量粒子组成的,这些粒子在宇宙大爆炸后的第一时间就突然出现了。一种新提出的理论表明,这些假设中的粒子可能是来自额外维度的“宇宙难民”.

美国自然 历史 博物馆的海登天文馆太空展 "黑暗宇宙 "中的一张,突出了暗物质可能在我们的宇宙中无处不在的例子。在这幅来自一个详细的计算机模拟的画面中,黑色显示的复杂的暗物质细丝像蜘蛛网一样散落在宇宙中,而相对罕见的熟悉的重子物质团块则被染成了橙色。这些模拟结果与天文观测结果有很好的统计匹配。在一个也许是更可怕的转折中,暗物质不再被认为是宇宙中最奇怪的重力来源。这一荣誉现在落到了暗能量身上,这是一种更均匀的排斥性引力来源,现在似乎主导了整个宇宙的膨胀。

研究人员的计算暗示,这些粒子可能以恰到好处的数量被创造出来以解释暗物质,而暗物质只能通过其对普通物质的引力被"看见"。"巨大的引力子是由早期宇宙中普通粒子的碰撞产生的。"研究报告的共同作者、法国里昂大学的物理学家Giacomo Cacciapaglia告诉《生活科学》说:"这个过程被认为太罕见了,大质量引力子不可能成为暗物质的候选人。"

但是在2月份发表在《物理评论快报》上的一项新研究中,Cacciapaglia与韩国大学的物理学家Haiying Cai和Seung J. Lee发现,这些引力子在早期宇宙中就已经产生,足以解释我们目前在宇宙中探测到的所有暗物质。

研究发现,如果引力子存在,其质量将小于1兆电子伏特(MeV),因此不超过一个电子质量的两倍。这一质量水平远远低于希格斯玻色子为普通物质产生质量的规模--这对于该模型产生足够多的希格斯玻色子以解释宇宙中的所有暗物质来说是关键。(作为比较,已知最轻的粒子,中微子的重量不到2电子伏特,而一个质子的重量大约为940MeV)。

该团队在寻找额外维度的证据时发现了这些假设的引力子,一些物理学家怀疑这些引力子与观察到的三维空间和四维时间同时存在。

在研究小组的理论中,当引力通过额外维度传播时,它在我们的宇宙中会变成大质量的引力子。

但是这些粒子只与普通物质发生微弱的相互作用,而且只通过引力。这种描述与我们所知道的暗物质极为相似,暗物质不与光相互作用,但在宇宙中到处都能感受到引力影响。例如,这种引力影响是防止星系飞散的原因。

"大质量引力子作为暗物质粒子的主要优势是,它们只在引力上相互作用,因此它们可以逃避探测其存在的尝试,"Cacciapaglia说。相比之下,其他被提议的暗物质候选者--比如弱相互作用的大质量粒子、轴子和中微子--也可能通过它们与其他力量和场的非常微妙的相互作用来感受到。

大质量引力子几乎没有通过引力与宇宙中的其他粒子和力量相互作用的事实提供了另一个优势。"由于它们非常微弱的相互作用,它们衰变的速度非常慢,以至于在宇宙的寿命中保持稳定,"Cacciapaglia说,"出于同样的原因,它们在宇宙的膨胀过程中慢慢产生,并在那里积累到今天。"

过去,物理学家认为引力子是不太可能的暗物质候选物,因为创造它们的过程极其罕见。因此,引力子的产生率会比其他粒子低得多。

最早的恒星和星系是在大爆炸后的最初几亿年里形成的,在这幅宇宙演变图中可以了解到过程。

但研究小组发现,在大爆炸后的皮秒(万亿分之一秒)内,所产生的这些引力子要比过去的理论所认为的多。该研究发现,这种增强足以让大规模引力子完全解释我们在宇宙中检测到的暗物质的数量。

Cacciapaglia说:"这种增强确实让人震惊。让我们不得不进行许多检查,以确保结果是正确的,因为它导致我们考虑大质量引力子作为潜在暗物质候选者的方式发生了范式转变。"

由于大质量引力子的形成低于希格斯玻色子的能量尺度,它们摆脱了与更高能量尺度有关的不确定性,而目前的粒子物理学并不能很好地描述这些能量尺度。

该团队的理论将大型强子对撞机等粒子加速器研究的物理学与引力物理学联系起来。这意味着像欧洲核子研究中心的未来环形对撞机这样的强大粒子加速器,应该在2035年开始运行,可以猎取这些潜在暗物质粒子的证据。

超星系团,为何被称为是宇宙中最大的星系结构?

在南极洲的陨石之中,科学家们发现了一小块隐藏的星尘,它的形成时间可能比太阳系更久远:在我们所在的太阳系形成之前,发生了一次古老的恒星爆炸事件,而它则被弹射到了我们的天体附近。同时,研究人员还表示这样古老的物质只有1/25000英寸,它的形状和“羊角面包的形状”类似,它的发现可以告诉我们关于太阳系起源的一两件事。

显微镜下的它是什么样子

为了研究星尘,科学家们使用了各种类型的显微镜,发现它其实是由硅酸盐(一种硅和氧组成的盐)和石墨(一种碳)组合而成。与此同时,科学家们还对这些成分和模型进行了对比,从而确定了它的来源:可能是来自一种叫做新星的特定类型的恒星爆炸。

所谓新星爆炸,指的是发生在白矮星和普通恒星之间的能量交换,在这个过程中,这颗恒星燃烧掉了大部分核燃料,而白矮星则将另外一颗恒星作为自己的食物,吸收了足够的新材料,然后在这次巨大的爆发中让自己重燃,紧接着再将物质喷射到太空之中。这也就是样本LAP-149星尘的形成,最后通过星际空间进入了太阳系附近。

通过新星爆炸跟踪宇宙进化历程

跟踪宇宙如何在进化历程中播种重元素物质,超新星爆炸的出现时间是宇宙大爆炸之后仅30亿年的时期,科学家们所采用的方法能够发现数万颗远古超新星。一颗稳定的恒星,核心温度上限一般为60亿K,当巨大质量的恒星内部温度远远高于其表面的时候,最大的超巨星的核心温度会超过10亿K。当温度超过,恒星内部物质发射出的光子能量会很高,可以达到互相撞击转化为正负电子对的程度。

正是因为这样的反应,恒星失去了自己的稳定,最后在异常巨大的爆炸中毁灭。在恒星的内部,主要是依靠核聚变来产生能量,通过这些能量对抗恒星本身的万有引力,恒星的万有引力会和能量释放形成的向外扩张力形成制衡,从而达到稳定。也就说,在这个过程之中,恒星内核中的质量会堆积,然后引力越来越大,消耗氢的速度也会随之加快。

其实,许多距离地球遥远的超新星爆炸事件,一般都是在发生之后才被发现,因为光总是以有限的速度进行传播。超新星的光谱分析,可揭示爆炸恒星的化学成分,也就是说,科学家们可以通过观测多个超新星爆炸,从而达到跟踪宇宙进化历史的h化学成分的目的。我们将能够看到更遥远的超新星爆炸,甚至包括真实观测到至今仍‘存在’的宇宙首个恒星。

具有高水平的特殊碳的星尘

Tom Zega是亚利桑那大学月球和行星实验室的副教授,也是这次研究的共同作者。他表示,古代恒星的化石遗物,就像这些“星尘颗粒”一般。还有一点很重要,因为它具有高水平的非常特殊的碳(碳-13)形式或同位素,所以必须从远处传播这片星尘。但是,之前从太阳系采样的任何物体中,都不曾看到过如此高的水平。

堕落之星是来自天空的石头

比如,在1864年,有一个被叫做Orgueil的陨石坠落在法国,并且在2011年被科学家们掀起了一场风暴,美国宇航局科学家理查德·胡佛认为,扫描电子显微镜下看到的陨石中的细丝,可能是外星细菌的证据。 然而,其他科学家称之为犯规,指出这些结构可能是由非有机过程造成的。

当流星进入行星的大气层之时,它穿过天空的明亮路径,这就是被大家称为的流星。地球上发现的残余物,则被称为了陨石,这便是当流星穿过大气层,却没有完全燃烧所形成的产物。偶尔,陨石也会给地球带来新的东西,比如那一枚落在非洲西北部的45亿年前的陨石,科学家们在它的内部发现了一种叫做krotite的矿物质。在以前的探索中,从未在自然界中发现它的存在。并且,只有在高温和低压的环境下才能形成的它,很可能就是新兴太阳系中最早的矿物之一。

陨石本身的年龄更老的星尘

因为爆炸的发生,这些成分被抛入了星际空间,最终才形成了行星的种子。如此古老而罕见的发现,对我们深入了解太阳系的形成会有很大帮助。通过观测结果,进一步证明了:建造太阳系,来自新星爆炸的富含碳和氧的颗粒对此有相当大的助益。虽然目前发现的星尘对科学家们来说还太小,但根据它来自陨石和自身的成分,可以推论出它至少已经有45亿年的历史,也就是我们的太阳系刚刚形成的时候。

宇宙中各种恒星的灰烬正在褪色或消失,这些便是其中的一些。另外,科学家们通过使用放射性同位素对陨石进行老化,结合它们被发现的时候是保存在陨石内,从而得出它们会比陨石本身更老。像LAP-149这样非常原始的陨石,很可能是太阳和行星形成之后的剩余物。这种原始历史的存在是惊人的,科学家们希望在未来可以分析更大的星尘标本。

为何有构造太阳系这一说法

宇宙一直处在不断的变化之中,太阳系自然也不会是一开始就存在、并且会永远保持现状下去。太阳系的形成也需要很多构造条件,虽然目前我们尚不完全清楚其中的细节。宇宙中除了太阳系的星球,也还有很多系外行星。科学家们目前发现的最年轻的系外行星,要比我们的太阳系年轻得多,距今不到100万年。

直到20世纪90年代,系外行星才得到证实,天文学家们确信它的存在并不只是一厢情愿,而是因为我们的太阳和其他星球旋转的速度较慢,科学家们参与了一系列早期的系外行星发现。在系外行星被发现的时代之前,仪器只能测量低至每秒一公里的恒星运动,对于检测由行星引起的摆动来说并不精确。即使是那些更好的仪器,但也会因为天文学家的经验差别,有的人会更能从数据中挑选出微妙的信号。

首先根据欧南台报道,有专业的国际天文小组用甚大望远镜一个巨大的结构,质量可能超过了太阳的一千万亿倍,这个巨大的结构是人们发现的最大的原始超星系团。从这看来,它的质量目前就是宇宙中最大的星系结构。

其次,超新星团,这是宇宙顶端的天体,其中有着成千上万个星系。比如银河系所在的星系,也就是室女座超星系团,其中包括着上百个星系团与星系群,并且横跨着1.1亿光年的范围。而我们的银河系所在的本星系群是一个更大宇宙结构中的一部分,这个结构包括附近的其他星系群和邻近的巨型室女座星系团,组成了我们的本超星系团。而本超星系团只是众多超星系团中的一个,超星系团自身也会排列在一起,形成一个更大的宇宙结构。并且,在宇宙空间中,这个星系团主要位于六分仪座方向,而天文学家还发现,原始超星系团的质量分布比成熟的超星系团更加均匀一些,主要是一些别叫松散的星系共同构成的。原始超星系团的结构也已经获得了更多了解,其中至少存在7个由星系带连接。由此看来,原始超星系团在短暂的时间中演变到庞大规模,也不愧被称为是宇宙中最大的星系结构。

并且,超星系团在本质上,本身就可能跨越数亿光年的距离,星系的典型速度约为1000公里/秒。在更大的尺度上,超星系团的丝状结构,也会相连相交,细丝之间也有巨大的空洞,总体就构成了一个更大的宇宙网。而我们认为这:宇宙的大规模结构,是宇宙的终极形态结构。

所以看来,超星系团,就被称为是宇宙中最大的星系结构。

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  • 将志鸣
    将志鸣 2025年01月28日

    我是文本号的签约作者“将志鸣”!

  • 将志鸣
    将志鸣 2025年01月28日

    希望本篇文章《暗物质可能是来自额外维度的宇宙遗迹》能对你有所帮助!

  • 将志鸣
    将志鸣 2025年01月28日

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  • 将志鸣
    将志鸣 2025年01月28日

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