找不到暗物質不是挫折，新理論：暗物質實際上可能有兩種狀態

對許多奉獻一生的天文學家來說，「一直找不到暗物質」好比構成整個宇宙地基的理論從一開始就出錯，要把精力從「找隱形粒子」轉向「修改物理定律」，無疑是沉重生涯打擊。但最近新研究提出樂觀反向思考，找不到暗物質訊號，反而可能成為解開暗物質真面目關鍵。

所有我們能看見的物體都由普通物質構成，但普通物質只占全宇宙構成冰山一角（約 5%），其餘 95% 全是無法直接看到、只能透過重力效應確認存在的東西：27% 暗物質（Dark Matter），68% 暗能量（Dark Energy）。

明明看不見，為何我們還認為它存在？

證據一：星系旋轉。銀河系外緣轉速太快，如果只包含可見物質，銀河系早在離心力作用下飛散，只有暗物質發揮額外引力作用，才能像隱形膠水拉住星系結構。

證據二：宇宙大尺度結構。望遠鏡觀測顯示宇宙星系的分布位置需額外引力作用才能解釋。

證據三：宇宙微波背景輻射（宇宙大爆炸餘輝）顯示，早期宇宙存在額外「質量」，符合暗物質模型。

問題來了，儘管提出不少間接證據，但科學家無論用望遠鏡、粒子對撞機（如CERN的LHC）還是地下探測器搜尋數十載，都未能直接找到任何暗物質粒子。

許多暗物質模型認為暗物質由粒子組成，某些情況下，2 個暗粒子相遇可能湮滅產生高能量輻射，形成天文學家試圖偵測的多餘伽馬射線──已知銀河系中心確實存在一團過量光子區域，很可能就是暗物質湮滅證據。

想確認結果就得去其他場所驗證，假如粒子碰撞概率固定，那充滿暗物質的矮星系應該到處都有類似訊號吧？可惜篤信這條路的科學家再次鎩羽而歸，所有暗物質研究困在死胡同。

打破單一粒子模型「執念」

但發表在《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》期刊的新論文重新定義尋找暗物質的方式，費米國家加速器實驗室理論物理學家 Gordan Krnjaic 提出，暗物質不必在任何地方都顯現相同「線索」，好比犯罪現場 A 找到嫌疑人指紋但犯罪現場 B 沒有，不代表嫌疑人不在犯罪現場 B，他可能只是在 B 現場戴了手套。

Gordan Krnjaic 假設，若暗物質實際上具有 2 種狀態、或根本上是 2 種不同粒子呢？他們必須找到相應的另一半才能湮滅，而就算湮滅機率恆定，不同星系內 2 種暗物質比例也可能不平衡。

這項理論既能解釋解釋矮星系缺失伽馬射線訊號（2 種暗物質比例懸殊），也不排除銀河系過量伽馬射線是暗物質起源（2 種暗物質粒子比例接近）。

總而言之，有別於傳統模型假設「暗物質是一種粒子」，新研究認為暗物質不是單一類型粒子，而是由多種、性質略不同的粒子組成，在不同宇宙環境也可能具相異行為，所以別因矮星系找不到類似訊號就迅速判暗物質死刑，它反而暗示──暗物質結構比想像更複雜。

（首圖來源：pixabay）