宇宙中星系间的气体比它应该的温度要高一点 “暗光子”可能是罪魁祸首

宇宙中星系间的气体比它应该的温度要高一点 “暗光子”可能是罪魁祸首本章共8281字, 更新于: 2024-12-15 22:48:13

一个中心有大量暗物质（紫色覆盖层）的星系。（图片来源：NASA Goddard）
（神秘的宇宙应该地球uux.cn）据美国太空网（Paul Sutter）：观测表明，我们宇宙中的中星星系间气体比它应该的温度要高一点。
最近，系间一组天体物理学家利用复杂的气的温度高点计算机模拟提出了一个彻底的解决方案：一种被称为“暗光子”的奇特形式的暗物质可能正在加热这个地方。
这些奇怪的体比粒子将是一种新的第五种自然力的载体，这是魁祸正常物质所不经历的，但偶尔这些暗光子会翻转它们的暗光子身份，成为常规光子，宇宙应该提供热源。中星
感觉中立
我们可以通过使用被称为莱曼阿尔法森林的系间观测星系间气体来发现这样的暗光子。当我们观察到来自遥远明亮物体的气的温度高点光时，比如类星体（由遥远星系中心的体比黑洞提供能量的发光物体），来自遥远物体的魁祸光在原本平滑的光谱中存在一系列空隙。
这就是暗光子为什么：光必须穿过数十亿光年的气体才能到达我们。偶尔，光会穿过相对密集的中性氢束——一种由一个质子和一个中子组成的氢束，并渗透到整个宇宙的气体云中。
大部分光将不受影响地通过，但一种非常特定波长的光将被吸收。该波长对应于将电子从氢原子内部的第一能级撞击到第二能级所需的能量差。
当天文学家观察来自该物体的光时，除了特定能量跃迁波长处的间隙（称为莱曼-阿尔法线）外，它在其他方面看起来并不起眼。
来自遥远物体的光将穿过多个云和中性氢束。宇宙的膨胀导致间隙红移到不同的波长，新的间隙出现在不同的波长上，这取决于到特定气体云的距离。这样做的最终结果是“森林”：光谱中的一系列线条和空隙。
这里很热
这些莱曼-阿尔法间隙也可以用来测量每个气体云的温度。如果中性氢完全静止，那么间隙将呈现为一条令人难以置信的细线。但是如果单个分子在运动，那么由于这些分子的动能，间隙会变大。气体越热，分子的动能越多，间隙越宽。
在11月发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上的一篇论文中，一组天体物理学家指出，通过使用这种方法，散布在星系之间的气体云似乎有点过热。对这些气体云演化的计算机模拟预测，它们比我们观察到的要冷一点，所以也许有什么东西在加热那些目前在我们的天体物理模拟中没有考虑到的云。
研究作者声称，这种差异的一种可能解释是宇宙中存在“暗光子”。这是一种非常假设的暗物质，一种神秘的、看不见的物质，约占宇宙总质量的80%，但似乎不与光相互作用。
由于天文学家目前还不了解暗物质的身份，因此该领域对于它可能是什么有很大的可能性。在这个模型中，暗物质不是由不可见的粒子（例如电子的幻影版本）构成的，而是由一种新的力载体（即，介导其他粒子之间相互作用的一种粒子。
温暖而模糊的黑暗
我们熟悉的光子是电磁力的载体，它创造了电、磁和光。暗光子将成为一种新的自然力量的力量载体，这种力量在通常情况下不会以通常的尺度运行（例如，在我们的实验室或太阳系内，否则我们就已经观测到了）。
根据研究作者的说法，暗光子的质量仍然很小，因此它们仍然可以解释暗物质。此外，由于它们是力载体，它们也可能相互作用，并与其他潜在的暗物质粒子相互作用。在天体物理学家团队研究的模型中，暗光子还有一个妙招：它们偶尔会变成常规光子。
从物理学的角度来说，暗光子可以与常规光子“混合”，很少交换身份。当他们这样做时，新创建的光子继续做常规光子总是做的事情：加热物体。研究人员首次对宇宙的演化进行了模拟，包括这些鬼鬼祟祟的变形暗光子的影响。他们发现，暗光子质量和转变为规则光子的概率的特定组合可以解释加热差异。
对于暗光子的存在，这一结果远非一蹴而就。一系列的可能性也可以解释莱曼阿尔法结果，比如不准确的观测或对星系之间（正常）天体物理加热的理解。但这是一条有趣的线索，其结果可以作为继续探索这一奇异想法可行性的跳板。

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