暗物質是否由原始黑洞構成?科學家想從矮星系探測

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 23 日 13:01 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

暗物質是否可能由原始黑洞構成,幾乎和宇宙一樣古老?幾名哈佛─史密松天體物理中心天文學家認為,透過觀察微弱矮星系可以測試原始黑洞假說,並了解暗物質與其關係。最近他們進行電腦模擬,發現確實可以從矮星系中發現原始黑洞,最終研究人員下結論推斷,這些矮星系的核心可能具有暗物質。



宇宙中約 84% 物質由暗物質構成,科學家們已進行許多天文觀測,但仍未能了解暗物質的組成成份。早期暗物質理論著重在隱藏起來的一般物質星體,比如黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等,這些星體一般歸類為暈族大質量緻密天體(MAssive Compact Halo Objects,MACHOs)然而多年天文觀測一直無法找到夠量的 MACHOs。

暗物質真實身分究竟為何,科學家提出許多假設,其中最熱門的是一種稱為「大質量弱交互作用粒子」(Weakly Interacting Massive Particle,WIMP)的新粒子,由於與普通物質的相互作用非常微弱,以致於它們雖然就在我們周遭,卻從來沒有探測成功。

稱為「軸子」的新粒子,或是惰性微中子(sterile neutrino)都有可能是組成暗物質的成分;2014 年 6 月 22 日,台大天文物理所闕志鴻教授研究團隊發表論文主張,暗物質也可能是一種稱為 Ψ 暗物質的極輕型粒子,其質量為電子的 10-28 倍,波長約 1,000 光年,密度則為液態水的 100 萬倍。

最近,由哈佛─史密松天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,縮寫 CfA)天文學家 Qirong Zhu 領導的團隊探討暗物質由原始黑洞(Primordial Black Holes,PBHs)構成的可能性。研究人員認為,透過觀察矮星系中的恆星可以探測到這些反應,因為矮星系既小又微弱,光芒只有幾千太陽亮度(solar luminosity),一點輕微影響都能輕易發現。

利用電腦模型進行模擬後,團隊發現恆星與原始黑洞間的相互作用能略微改變恆星分佈,代表矮星系很有機會揭露原始黑洞的存在。透過觀察超微矮星系中恆星的速度瀰散度(velocity dispersion)與半光半徑(half-light radius),它們推斷矮星系可能擁有暗物質核心。

不過該小組後續強調,所有模型都沒有定論,暗物質的性質依然難以捉摸。目前,科學家還在努力透過大型強子對撞機(LHC)或未來的國際直線加速器,以人工創造出這些新粒子好驗證理論。

(首圖來源:NASA