科學家距離找到暗物質越來越近了。近期兩份發表在預印網上的研究,以木星作為窗口探測暗物質,發現了一個新的線索。

現在主流天文理論認為暗物質是把宇宙中星系粘合在一起的物質,但是對於暗物質具體究竟怎樣運作,由哪些粒子構成還一無所知。

多數科學家猜測這可能是因為構成暗物質的粒子太小、作用力太弱,現在的觀測方法敏感度不夠,所以探測不到。

在地面上,歐洲核研究組織(CERN)的大型強子對撞機(LHC)不斷撞擊各種亞原子進行實驗,目標找到撞擊過程中無法解釋的能量損失,認為這就是發現未知粒子的間接證據。這個探索方法目前也沒有結果。

然而,科學家認為暗物質就是自然存在的物質,應該會被像太陽、地球或木星這樣的大質量天體吸入。累積足夠長時間後,暗物質在這些天體內的密度達到一定程度,應該會導致暗物質粒子互相撞擊,發生湮滅,而這個過程將放射出高能射線——比如伽馬射線。

利用美國太空總署(NASA)2008 年投放升空的費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gammaray Telescope), 研究人員林登(Tim Linden) 和萊恩(Rebecca Leane)觀察木星上伽馬射線的情況,發表了有史以來第一份這樣的分析,目標探查木星上暗物質粒子的蹤跡:如果木星有多餘的、無法解釋的伽馬射線,應該就是暗物質粒子之間湮滅發出的。

萊恩說,木星的大小和溫度是探索暗物質的理想對象。「因為和太陽系內其它行星相比,木星的表面積很大,能夠捕獲更多暗物質。你可能會問,那為甚麼不選更大的天體——太陽去觀測呢?」

「選用木星的第二個有利因素是,木星內核比太陽溫度低,暗質粒子受到的熱刺激小。這將阻止暗物質從木星上蒸發,而在太陽上很可能就蒸發掉了。」萊恩解釋說。

遺憾的是,林登和萊恩的第一份研究沒有發現暗物質的蹤跡,但是,他們倒是發現了一種低能量級的伽馬射線,無法解釋其來源,耐人尋味。

萊恩說:「分析如此低能量級的伽馬射線,我們真是難為費米望遠鏡了。我們期待用將來開發的MeV 伽瑪射線望遠鏡, 例如AMEGO 和e-ASTROGAM,尋找木星上任何伽馬射線的蹤跡,特別是費米望遠鏡基本上無能為力的低能級伽馬射線。可能木星上藏有更多秘密等待我們去發現。」

AMEGO 和e-ASTROGAM望遠鏡還在設計的初期階段。它們是天文學家期待的、下一步探索暗物質的利器。

這兩份研究是同一個題目的兩個版本,第一版於去年9 月30 日在預印網arXiv 發表,第二版於今年1 月9 日發表。◇

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