南極佈下天羅地網讓宇宙“隱身人”顯出原形:僅有的一條線索斷了

惰性中微子是目前最有潛力的候選者之一,科學界對中微子的研究已經有數十年的積累,我們已經確定中微子確實有質量,而且不會與光發生作用,唯一的缺陷是中微子的移動速度太快,竄來竄去,換而言之,如果中微子是暗物質粒子,那麼星系就無法形成。

宇宙印象 深度科普欄目第1204期 暗物質構成了宇宙中絕大部分質量,但我們卻無法知道其真實面目,這或許是本世紀最大的天文學奧秘之一。天文學家非常肯定宇宙中存在暗物質,比如我們通過引力效應發現暗物質的存在、星系自轉速度受到暗物質的制約等,但我們不知道暗物質由什麼粒子構成。有趣的是,暗物質佔到了宇宙全部質量的85%。


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圖解:宇宙中的暗物質佔據全部質量的85%,但目前我們對暗物質粒子的瞭解幾乎停滯

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圖解:星系需要暗物質介入,不然自轉速度會太快

惰性中微子成為候選者

關於暗物質的特點有這麼幾個,暗物質是不可見的,不發光,也不吸收光,對光粒子的任何作用都沒有反應,因此我們無法通過光譜對其進行研究,被喻為宇宙中的“隱身人”。目前只有一點是肯定的,暗物質可以通過引力效應顯示自己的存在,這說明暗物質具有質量。根據科學家的估算,宇宙中有85%的質量都來自暗物質的貢獻,而我們日常可見的物質,比如恆星和星系只佔15%左右。


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圖解:由暗物質製造的引力透鏡,符合暗物質具有引力作用的特點

關於暗物質由何種粒子構成,頭條獨家的宇宙印象指出,惰性中微子是目前最有潛力的候選者之一,科學界對中微子的研究已經有數十年的積累,我們已經確定中微子確實有質量,而且不會與光發生作用,唯一的缺陷是中微子的移動速度太快,竄來竄去,換而言之,如果中微子是暗物質粒子,那麼星系就無法形成。從以上分析可以看出,暗物質粒子不僅要有質量,而且要“懶得”移動,這樣才能讓星系更加穩定。


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圖解:左圖是星系在受到暗物質控制時的自轉,右圖是沒有暗物質控制,星系的可能模樣

惰性中微子雖然是候選者,但是科學家也發現,惰性中微子在某些情況下會與正常的中微子發生相互作用,在高能輻射中發生衰減,釋放出X射線。由此,科學家根據這個線索對惰性中微子進行研究,如果惰性中微子是暗物質粒子,那麼在銀河系周圍應該存在大量的暗物質,釋放出X射線的能量為3.5千電子伏特。

僅有的一條線索斷了

2014年,一個天文學家團隊似乎發現了能量為3.5千電子伏特的X射線信號,他們觀察了銀河系中最暗的區域,卻找不到具有說服力的、可重現的X射線信號。因此,2014年這次惰性中微子露面有可能是一次誤報,僅有的一條線索也就此斷了。惰性中微子是一種假設,如果它們存在,不僅會缺少電荷,幾乎不可見,它們有部分特點與暗物質粒子相似,但也不是全部。


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圖解:位於南極的冰立方中微子天文臺,這裡沒有人類活動干擾

除了天文學家對銀河系進行觀測以尋找惰性中微子外,南極也佈下天羅地網讓宇宙“隱身人”顯出原形。南極冰立方中微子天文臺也在尋找這個粒子。該站擁有5160個傳感器埋藏在冰下2公里深處,體積達到1立方公里,也是世界上最大的中微子探測器。


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圖解:位於南極的冰立方中微子天文臺,由5160個傳感器構成,埋藏在冰下2公里深處。

2016年,科學家宣佈經過多年的觀測,依然沒有找到所謂的惰性中微子,給出了99%不可能存在的結論。根據惰性中微子的理論,這本應該是宇宙中除了光子之外最多的粒子,但是我們仍然沒有找到它們的蹤跡。惰性中微子被認為是第四種中微子,前三種分別為電子中微子、μ中微子和τ中微子。目前科學界仍然在尋找惰性中微子,作為宇宙中的“隱身粒子”,我們除了思考證明其存在的方法外,還有需要拿出證明其不存在的方法,這樣才能排除惰性中微子是暗物質粒子這個干擾項。宇宙印象為今日頭條獨家,其他均為假冒,轉載均為非法。


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