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引力波天文台或有助搜寻暗物质粒子
引力波天文台或有助搜寻暗物质粒子
2019/9/21 8:35:55 | 浏览:396 | 评论:0

引力波天文台或有助搜寻暗物质粒子

       科学家已有确凿证据证明暗物质的确存在,但它是“何方神圣”一直是未解之谜。有理论认为,暗物质可能是一种名为轴子的粒子,对现有的引力波天文台进行简单改造,或许就可以发现这些粒子的“芳踪”。

      据物理学家组织网18日报道,暗物质通过它对大型天体的影响而彰显其存在。观测结果表明,普通物质仅占宇宙总能量的5%左右,而暗物质占宇宙总能量的22%左右。尽管如此,暗物质的“庐山真面目”一直未被揭示。

      有些理论称,暗物质是一种弱相互作用大质量粒子(WIMP),但尽管科学家付出诸多努力,包括动用大型强子对撞机(LHC),WIMP仍“芳踪难觅”。

      因此,科学家将目光投向了轴子。日本东京大学物理系助理教授道村祐太说:“我们假设轴子非常轻,几乎不与我们熟悉的物质相互作用,它被认为是很好的暗物质候选粒子,而且,其质量或许小于电子。”

      东京大学宇宙射线研究所的研究生长野寇吉解释说:“我们的模型表明,轴子暗物质可以调节光的偏振——电磁波振荡的方向。如果光在由两个彼此独立的平行镜组成的光学腔中来回多次反射,这种偏振调制会得到增强,而这类空腔最著名的例子是引力波天文台的长隧道臂。”

      研究人员称,鉴于其他观测轴子的理论方法需要用到极强的磁场,而这是一笔不菲的开支。因此,可对现有引力波天文台,比如美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)以及日本的神冈引力波探测设施(KAGRA)进行改造,在不损害其现有功能的情况下,让其“一物两用”,搜寻轴子。

      道村祐太说:“我们可以在引力波探测器的光电二极管传感器前增加一些偏振光学元件来寻找轴子,接下来,我希望可以把光学元件用于KAGRA上,看看究竟会发生什么。”

      当然,研究人员也强调,对引力波设备的这种升级不会降低它们的灵敏度,也不会影响其实现终极使命——探寻到引力波。

 

失控恒星背后中等质量黑洞初现

引力波天文台或有助搜寻暗物质粒子

      近日,一颗失控的高速恒星进入了科学家的视野。这颗名为PG 1610+062的恒星正在飞速逃离银河系。天文学家认为,PG 1610+062可能是在银河系中等质量黑洞的帮助下从其出生星团中弹出。

      为了准确获得PG 1610+062被投射时的旋转速度、径向速度及其化学成分,研究团队需要获得恒星的光谱数据。由于该恒星的距离和位置特殊,天文学家只能使用凯克天文台的Echellette光谱仪和成像仪(ESI)作为获取数据的仪器。

      此前,人们认为PG 1610+062是一颗古老恒星,质量为太阳一半。但凯克天文台的数据显示,它实际上是一颗很年轻的恒星,质量比想象中大十倍,并且几乎以逃逸速度从银河盘逃离。

      研究者表示,此次研究为银河系中存在中等质量黑洞提供了证据,接下来的任务是准确锁定这个中等质量黑洞。他们还表示,要进一步研究PG 1610+062恒星及其起源地。而随着盖亚任务推进,观测数据将更精确,搜寻中等质量黑洞的目标范围也将进一步缩小。

      该研究结果日前发表在《天体物理学杂志》上。(代小佩)

 

部分暗物质由原始黑洞构成?

 

        包括欧核中心(CERN)科学家在内的一个国际团队,借助超级计算机聚焦大爆炸后瞬间诞生的原始黑洞,再现了光子与氢之间的交互。他们分析后发现,宇宙网是一个由气体和暗物质“丝线”构成的网络,“触角”遍及宇宙每一个角落。研究论文刊登在最近的《物理评论快报》上,有望为人们揭示暗物质的本质。

        理论认为,大爆炸后不到一秒钟内,宇宙可能诞生了大量原始黑洞。2016年激光干涉引力波天文台(LIGO)直接观测到引力波后,欧核中心科学家阿尔维瑟·拉卡内里就表示:“原始黑洞仍是假设中存在的天体。”

        但近年,对原始黑洞的研究开始提上日程,因为它被视为解释暗物质构成的重要候选者,而原始黑洞无论存在或被彻底排除,都将为人类提供有关原始宇宙物理学的重要信息。

        此次,来自意大利国际高等研究院(SISSA)、意大利国家核物理研究院(ICTP)和欧核中心的科学家,将目光投向莱曼α森林——宇宙“丝线”中的氢与光子之间的交互。他们借助“尤利西斯”超级计算机进行模拟,在分析了极端遥远类星体放射的光线与宇宙网之间的交互后,又将模拟结果与凯克望远镜观测到的交互进行比较。从而锁定了原始黑洞的部分特征及影响。

        研究主要作者里卡多·穆尔吉亚表示,他们测试了一种假设,即暗物质由在原始宇宙形成的非恒星塌陷黑洞构成。

        简单来说,他们利用电脑模拟了中性氢在亚星系范围的分布。进一步比照,确定了原始黑洞的质量和丰度极限,进而确定是否正是它们构成了暗物质。

        现阶段,研究结果并不支持所有暗物质都由一种特定类型的原始黑洞(质量是太阳的50倍)构成,但并没有完全排除原始黑洞构成少部分暗物质的可能性。

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