大爆炸后宇宙黎明的‘暗光子’為暗物質研究帶來的一線希望

“宇宙黎明于我們對宇宙的理解是失落的篇章”

觀測在大爆炸后一段叫“宇宙黎明”的階段的暗物質和所謂“暗光子”有助于幫助解釋宇宙那最神秘的物質形態

暗物質粒子數量比我們身邊的一切事物，包括但不限于各種天體，氣體塵埃的星云和所有活物，都多五倍。這意味著所有剛剛所列出來的東西，和任何我們可以在這個宇宙中看到的東西，僅僅構成了這個宇宙中15%的組成，且我們對其余的85%仍一無所知。

這個問題困擾了人們九十幾年，究其原因，可能是因為暗物質不可見，因為暗物質不像組成一切我們目光所及之事物，即原子（又包含了電子，質子和中子），那樣會跟光粒子，或者叫“光子”，相互作用。

但是，科學家們提出光子可能有與其相對的存在，即“暗光子”，暗物質像光子跟由原子物質相互作用一樣跟暗光子相互作用

基于這個猜測，研究團隊提出在大爆炸五百億年后，這個時期也被稱為宇宙黎明，暗光子和暗物質的相互作用可能在宇宙中留下了一些“特征”

科學家們建立了一套可以用來檢測這些特征以及觀測暗物質的理論

“暗光子是一種將電磁理論延申至‘黑暗’且理論上存在的粒子。它們和普通光子非常像，但是相比起跟普通物質而言更多是跟暗物質互動”哥本哈根大學宇宙黎明中心團隊隊員兼副教授，夏洛特-馬松，告訴space.com。“暗光子和暗物質的相互作用可能引起了震蕩，跟聲波相似，并在大爆炸不久后停止了。”

暗物質不與光或普通物質相互作用可能會讓它看起來像宇宙幽靈

這種形式的物質在聚集最初的眾多星系時起到了關鍵作用。這意味著這種被稱為“暗聲子震蕩”的理論相互作用可能暗藏暗物質影響宇宙大尺度演化的秘密藍圖

暗物質不跟光或者普通物質相互作用，但是可以跟引力相互作用，用其影響力塑造了宇宙的每一個角落。這導致了空間彎曲，并相應的影響了光和普通物質。現在這種影響給了科學家們推斷暗物質出現的機會，但正如馬松所指出，其在早期宇宙中還有更重要的作用

這是因為在這個時期，最初的星系們可能都被暗物質聚集在了一起

“宇宙黎明是最初的恒星和星系形成的那段時間，因此可以說是一個研究暗物質如何影響星系形成的最佳時期，”馬松解釋道?！靶窍祩兂尚蜁r的樣式和形成速度對暗物質的小尺度分度高度敏感。于是宇宙黎明便成為了一個檢驗暗物質行為和研究其性質的理想‘實驗室’”

“宇宙黎明于我們對宇宙的理解是失落的篇章”

馬松補充道，得益于一些新科技，像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）和諸如再電離的氫時代陣（HERA），低頻陣（LOFAR）和平方千米陣（SKA）這些無線電望遠鏡，科學家們最終得以開始這個時期的宇宙歷史。宇宙黎明為暗物質消失在小尺度宇宙中提供了獨特的視角

“在早期階段，諸如超新星爆炸和被吹走的氣體等等這些來自星系的極具破壞力的影響，相比起在后期宇宙史中的并不是特別明顯，”馬松說

如果暗光子在宇宙黎明時就存在，它們和暗物質相互作用可能留下關于星系形成的蛛絲馬跡

“暗聲子震蕩為大爆炸后的密度波動注入了微小的漣漪，星系形成可能受到其因產生密度起伏區域而來的影響，并在來自大爆炸的初始波動上形成分層，”馬松繼續道。“眾星系的形成速度和區域密度呈正比。”

“我們猜測，久而久之，隨著這些波動因引力而演化，暗聲子震蕩的微妙影響會趨于平靜，這才導致我們現在很難檢測到它們，”馬松解釋道

團隊的調查結果表明，在特定條件下，盡管這些信號之間存在微小差別，但一臺無線電望遠鏡就已經足以區分這些差別和他們未來出現的痕跡

“我們發現，即便解釋了星系形成背后的復雜物理原理，如果暗物質在特定尺度震蕩，我們也可以在未來用HERA將它們找出來，”馬松說。“前景非常好”

還是那句話，暗物質再次證明愛因斯坦的引力理論是對的

Space.com和暗宇宙在某種程度上一起成長

暗能量可能變弱，這代表宇宙可能終結于大坍縮

“HERA無線電觀測還在繼續，所以我們對于最終觀測結果的模型解析還是非常期待的，”馬松總結到?！鞍滴镔|作為宇宙最神秘的存在之一，任何新發現都非常有價值?！?/p>

團隊的研究結果于2024年末在物理審查D期刊上發布

BY:Robert Lea

FY: 千空醬

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