暗物質(zhì)
前情提要
莫斯科物理技術(shù)學(xué)院的德米特里·戈爾布諾夫表示：“在這種情況下，氫形成時代的暗物質(zhì)數(shù)量與今天存在差異?！?/p>
藝術(shù)概念圖，原始氫氣形成恒星
天文學(xué)家第一次懷疑宇宙中存在大量“隱藏質(zhì)量”是在上世紀(jì)30年代，當(dāng)時弗里茨·茲維基在后發(fā)座的一個星系團發(fā)現(xiàn)奇異現(xiàn)象。這些星系似乎在一個未見源產(chǎn)生的引力效應(yīng)下移動。除了引力效應(yīng)，這個隱藏質(zhì)量并不以任何方式顯現(xiàn)，因此被稱之為“暗物質(zhì)”。根據(jù)普朗克望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)，暗物質(zhì)在宇宙中的比重為26.8%，余下的是普通物質(zhì)（4.9%）和暗能量（68.3%）。
2016年12月，莫斯科物理技術(shù)學(xué)院、俄羅斯科學(xué)院核能研究所和新西伯利亞國立大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大爆炸后不久構(gòu)成暗物質(zhì)的不穩(wěn)定粒子比例不超過2%到5%。
藝術(shù)概念圖，銀河系的暗物質(zhì)藍色光暈
研究論文合著者、核能研究所實驗物理學(xué)部門負責(zé)人和莫斯科物理技術(shù)學(xué)院基本交互與宇宙學(xué)系講師伊戈爾·特卡切尼指出：“現(xiàn)代宇宙與大爆炸后不久的宇宙學(xué)參數(shù)的差異可以歸結(jié)為暗物質(zhì)比重下降。現(xiàn)在，我們第一次計算出暗物質(zhì)的流失數(shù)量，以及不穩(wěn)定組成部分的相應(yīng)規(guī)摸。”
暗物質(zhì)的本質(zhì)仍是一個未知數(shù)，不過它們的特性有可能幫助科學(xué)家解答在對普朗克望遠鏡觀測數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)的問題。這架望遠鏡對宇宙微波背景輻射——大爆炸的“回聲”——的溫度波動進行了精確測量。通過測量這些波動，研究人員能夠計算出大爆炸后30萬年復(fù)合時期的關(guān)鍵宇宙學(xué)參數(shù)。
普朗克望遠鏡藝術(shù)概念圖
特卡切尼表示：“在這些參數(shù)中，用于描述宇宙的膨脹速度的哈勃參數(shù)以及與星系團的星系數(shù)量有關(guān)的參數(shù)和直接觀測星系膨脹速度和研究星系團得到的現(xiàn)代宇宙的觀測數(shù)據(jù)之間存在很大差異。這種差異遠遠超過我們已知的誤差幅度和系統(tǒng)誤差。這意味著我們要么遭遇了某些未知的誤差，要么遠古宇宙的構(gòu)成與現(xiàn)代宇宙截然不同?！?/p>
這種差異可以用衰變暗物質(zhì)假設(shè)解釋。根據(jù)這一假設(shè)，早期宇宙的暗物質(zhì)數(shù)量超過現(xiàn)在，但部分暗物質(zhì)隨后發(fā)生衰變。
136億年前宇宙暗物質(zhì)分布模擬圖
特卡切尼、研究論文主執(zhí)筆人戈爾布諾夫和安東·楚達金分析了普朗克觀測數(shù)據(jù)，同時將這些數(shù)據(jù)與衰變暗物質(zhì)模型以及穩(wěn)定暗物質(zhì)的蘭姆達冷暗物質(zhì)模型進行比較。比較結(jié)果顯示衰變暗物質(zhì)模型與觀測數(shù)據(jù)的一致性更高。不過，研究人員發(fā)現(xiàn)引力透鏡效應(yīng)（引力場扭曲宇宙微波背景輻射）極大地限制了模型中衰變暗物質(zhì)的比例。
利用不同宇宙學(xué)效應(yīng)的觀測數(shù)據(jù)，研究人員估算出暗物質(zhì)衰變部分的相對濃度在2%到5%之間。特卡切尼指出：“這意味著當(dāng)前宇宙的暗物質(zhì)數(shù)量比復(fù)合時期少5%。目前，我們尚無法確定不穩(wěn)定部分的衰變速度。即使到了今天，暗物質(zhì)可能仍在瓦解，這需要我們創(chuàng)建一個截然不同且更為復(fù)雜的模型。”
翻譯: 牛樹軍
編輯: Hsu Hai-Chieh
