觀察重力透鏡類星體,為暗物質量溫度

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 26 日 14:00 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


長期以來,暗物質就是宇宙最神祕的事物之一。最早在 1930 年代茲威基(Fritz Zwicky)就提出,1980 年代魯賓(Vera Rubin)研究星系的轉動現象,認為星系必定含大量看不見的物質。雖然一些天文學家提出暗物質的替代方案,如「重力修正」模型(MOND),但這些理論與觀察不一致。暗物質有兩個主特性。首先,不與光相互作用,其次,與其他物質發生重力相互作用。因此,暗物質不僅會影響星系旋轉,也像所有質量一樣使光線偏轉。從觀察星系的重力透鏡效應,就可以繪製出暗物質的分布圖。

透過觀察星系團,天文學家認為暗物質很「冷」,指暗物質的粒子有較高質量,稱為大質量弱相互作用粒子(WIMP)理論。這模型在星系團的規模運作良好,但在單個星系規模卻較不佳,因此天文學家需確認暗物質團塊分裂的尺寸規模。如果暗物質粒子比較輕、比較熱(移動較快),則不可能形成低於某個特定大小的結構,藉此估計暗物質的溫度,以及粒子的質量。

最近,加州大學戴維斯分校團隊觀察 7 組重力透鏡類星體,測量暗物質團塊的最小範圍,也提出粒子質量的下限。他們發現暗物質粒子質量必須至少為 5.58 keV,為微中子的 3,000 倍重,但比起電子質量小近 100 倍。這一點很重要,因為大多數 WIMP 模型都認為粒子質量比質子重 100 倍。如果暗物質粒子如此輕,就有機會在粒子加速器檢測到。這項研究發表在《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》期刊。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:Unsplash

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