暗物質是否為假想粒子「軸子」?星系中心的超大質量黑洞可能由它構成

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 21 日 18:43 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 follow us in feedly

什麼是暗物質?這是現代天文學最讓人抓狂的問題之一,它存在,但我們不知道它的真實身分。一種可能性是名為「軸子」的奇怪新粒子,雖然到目前為止,地球上還沒有任何實驗設備發現它的存在,但現在有科學家提出有趣假設,也許某些位於星系中央的超大質量黑洞根本不是黑洞,而是大量軸子綑綁在一起的暗物質團塊。

軸子(axion)是科學家為了解決 CP 守恆問題而提出的一種假想粒子。自然界無處不存在 CP 對稱性,只有弱交互作用打破了這道規則。科學家們認為,強核力(strong nuclear force,即強交互作用)照理說也應該會出現 CP 破壞現象,然而我們至今都沒看過,一個可能性是:強交互作用也會出現 CP 破壞,但很快就被「修好」恢復對稱性。

這個關鍵修理工就是軸子,科學家假定這種新型假想粒子能在強交互作用中恢復某種平衡。

之後,科學家發現如果軸子就是暗物質,將可以套用在全部的暗物質觀測事件上,比如星系內部的旋轉曲線、星系團內各星系的運動等。更重要的是,軸子位於星系核心能緊密捆綁在一起,形成巨大的「球」,乍看之下就像一個不會與光相互作用的超大質量黑洞。

但另一個問題又來了,我們至今也還沒有任何實驗設備找到軸子的蹤跡。麻省理工學院團隊最近才剛展開一個檢測軸子的新實驗,結果當然是鎩羽而歸,科學家並沒有在特定質量範圍內檢測到這種暗物質粒子。軸子非常輕,比微中子還要輕上千倍,且幾乎不與任何物質作用(甚至也不太常與自身相互作用),但這種粒子非常長壽且穩定。

黑洞不是黑洞,而是暗物質團塊?

雖然上個月,事件視界望遠鏡(Event Horizo​​n Telescope,EHT)團隊已經宣布人類首次「直接」拍到超大質量黑洞身影,但天體物理學家 Paul Sutter 在《Universe Today》的文章中表示,這無法代表潛伏於其他星系中心的物體也是超大質量黑洞。或許,根本不是黑洞,而是一堆軸子綑綁在一起的「球」呢?

除了事件視界望遠鏡,其他儀器都沒有直接觀察過超大質量黑洞,而是從其他間接方法估計黑洞的大小與質量。幾十年來的觀測有個結論:質量越大的星系,其中心黑洞也越大,這告訴我們黑洞以某種方式與它們的宿主星系一同成長進化。

如果星系中心超大質量的物體不是黑洞而是軸子團塊,也能說通:星系越大、承包的暗物質越多,所以中心的軸子團塊也越大。

那麼,這個有趣的假設有沒有機會被驗證呢?暗物質是否就是軸子、並且真身為藏在星系中央的「超大質量黑洞」?希望有一天謎底可以解開。

(首圖來源:pixabay

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