暗物質有多重?科學家計算出嚴格質量範圍

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 29 日 13:57 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


我們不知道暗物質是什麼,只知道它們和暗能量是宇宙的主要構成,最近有天文學家基於愛因斯坦量子物理學與廣義相對論結合的量子重力,計算出更嚴格的暗物質粒子質量範圍,應該介於10 -3 ~10 eV 之間,有助於研究人員更集中尋找目標對象。

眾所皆知暗物質是宇宙最大謎團之一,這些物質與重力作用互動密切,但我們無法透過任何能檢測到的一般物質(恆星、塵埃、星系等)來解釋暗物質,比如我們的銀河系便受到無形重力影響,導致星系旋轉速度比表面上可見物質的影響力還要快許多。

我們現在能確定的只有暗物質會與重力相互作用,因此英國蘇塞克斯大學天文物理學家 Xavier Calmet 與 Folkert Kuipers,決定利用量子重力性質來估算假想暗物質粒子的質量範圍。

量子重力是對重力場進行量子化描述的理論,屬於萬有理論之一,為各種質量的暗物質粒子(無論是否真的存在)設下許多限制,雖然目前也還沒有一個將廣義相對論重力空間扭曲描述與量子物理學塊體離散相結合的漂亮理論,但兩者融合必定能反映出某些基本原理,也因此,暗物質粒子將必須遵守粒子如何分解或相互作用的量子重力規則。

新研究表明,除非宇宙有未知的第五種作用力,否則暗物質粒子既不會太輕、也不會太重,質量介於 10 -3 ~10 eV,比過去認知的 10 -24 eV~1019  GeV 範圍還要小很多,這項新的限制非常重要,因為基本上排除了某些有力的候選對象,比如大質量弱相互作用粒子(WIMP)。

該限制除了能讓物理學家將重點放在「暗物質」搜索,還可能有助於理解宇宙是否存在神秘的未知力量。新論文發表在《物理快報 B 輯》(Physics Letters B)期刊。

(首圖來源:pixabay