暗物質從哪裡誕生?在早期宇宙拚命轉化常規物質

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 12 日 18:13 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


暗物質在宇宙結構中發揮關鍵作用,雖然看不見但存在感相當強烈,它們不僅影響星系形成,還將看似無關的星系與星團聚在一起,若沒有暗物質,當今宇宙將沿另一條不同路線演化。最近,一組團隊試著補充暗物質理論,他們認為暗物質粒子能將一般粒子轉化為暗物質,從而使暗物質呈指數增長。

根據物理學家估計,暗物質與常規物質在整個宇宙構成比例約 5:1,前者與暗能量共佔宇宙質量 95% 以上,控制著整個宇宙結構,相較之下人類、地球、行星、恆星等可見物質是那般渺小。

然而暗物質從何而來還未有定論,許多模型表明暗物質誕生自早期宇宙中由原始電漿組成的熱庫(thermal bath):一開始沒有多少暗物質,但隨著時間推移,熱庫開始產生暗物質粒子並累積至如今我們觀測到的密度。

最近一組國際天文團隊為暗物質理論補充了些新論點。他們同樣指出暗物質從熱庫中產生,但產生的量並不足以解釋當今已知數量;相反地,研究人員認為暗物質粒子從某刻開始自常規粒子中製造出更多暗物質粒子,新的暗物質粒子也能繼續從常規粒子中製造暗物質粒子,從而導致暗物質呈指數增長。

雖然這種論點最後會產生完全由暗物質主導的宇宙,但根據對宇宙膨脹的現有理解,當中又自然而然存在一個有趣的限制機制:暗物質在早期宇宙中增長迅速是因為當時常規物質非常密集,暗物質容易與之接觸並轉化,但隨著宇宙膨脹、物質擴散,常規物質作為催生暗物質的「燃料」減少了,暗物質增加速度也因此越來越慢。

添加了新論點的模型不只能解釋當前暗物質密度,還可解決暗物質粒子質量問題、修補其他模型漏洞以解釋天文觀測結果。如果想法正確,團隊表明這種機制會在宇宙微波背景輻射上留下特定指紋──只要找到它就可以證明。

新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

(首圖來源:pixabay