暗物质究竟是什么？人类暗物质搜寻计划再次空手而归

物理学家早就想了解暗物质的性质，它几乎占宇宙的四分之一，但我们对它们的性质仍然知之甚少。那到底是什么？有一种观点认为，暗物质实际上是由大量微小而“模糊”的小粒子组成的，它们的行为就像一个巨大的单个“粒子”。这是什么意思？我稍后会解释。

然而，科学家们遇到了挫折:他们对这种“模糊”超轻粒子的搜索失败了。根据今年2月28日发表在《宇宙学和天体物理学》杂志上的最新研究论文，最新的搜索最终是空手而归。

这样的结果表明，如果暗物质真的是由如此微小的粒子组成的，那么它们的踪迹一定比我们想象的更加神秘和不可预测，几乎没有与常规物质的相互作用。

暗核

暗物质是宇宙中最大的未解之谜之一。这种神秘的物质不与光相互作用，但它能对周围的物质施加重力影响。暗物质约占整个宇宙物质和能量组成的四分之一。科学家们还没有发现构成暗物质的粒子，甚至还没有完全理解它到底由什么组成。

许多科学家怀疑暗物质是由被称为“软物质”的粒子组成的。然而，这一理论有几个明显的缺陷。例如，根据这一理论给出的描述，弱作用粒子的存在应该在宇宙的大尺度星系结构中产生一些微观结构，但迄今天文观测尚未证实这一点。因此，天文学家开始尝试向另一个方向搜索，即我们前面提到的“超轻粒子”。

尽管关于暗物质的性质有许多不同的理论，但没有一个得到足够的证据支持，因此是无可争议的。正如俄罗斯科学院核研究所的专家谢尔盖·特罗伊茨基(该研究论文的合著者之一)所指出的，在这种情况下，科学家必须逐一检验和排除所有理论。

一些关于超轻粒子的理论认为，这种“模糊”轻粒子的质量比电子轻10倍，达到28次方。之所以用“模糊”来描述它们，是因为它们极小的质量意味着它们的性质和行为非常类似于波，而且边界也非常模糊。最新的研究试图从活跃星系的光线中寻找这种粒子的存在，但正如文章开头所说，科学家这次失败了。

由于暗物质占据了宇宙的很大一部分，如果它真的是由这种超轻粒子组成的，那么这种粒子的数量一定非常大。事实上，科学家认为这种粒子的数量可以和什么一样多:它们将处于一种独特的状态，类似于场，或者玻色-爱因斯坦凝聚态，这是指粒子通常在极低的温度下表现出的一种特殊状态，在这种状态下，大量粒子将聚集在一起并表现出一些类似液体的行为。在这一点上，最初的无数粒子，它们的行为具有完整性，就像一个单一的整体，或者被视为一个单一的粒子。

因此，也许暗物质的单个粒子不与光相互作用，这也是科学家们如此难以找到它的原因之一，但在宏观尺度上，这个“场”将对电磁波的极化产生影响。由于场的密度周期性振荡，光在空间传播时偏振效应会发生变化。

理论上，只要光传播超过325光年，就可以观察到这种偏振效应的变化。这个场的振荡效应直接取决于超轻暗物质粒子的质量。因此，理论上，科学家只能通过观察这种效应来获得暗物质粒子的质量值。

为了寻找超轻暗物质粒子场引起的这种光偏振效应，天文学家查阅了VLBA的历史档案资料。这是位于美国新墨西哥州的射电望远镜阵列。它由10个直径25米的射电望远镜组成。天文学家聚焦于大约30个银河核心发出的光，所有这些核心都向外喷射出大量的物质，产生了数百光年长的喷流。来自这些星系核心的光显示出显著的偏振，并且以前已经被详细研究过，因此这些光的长期时间尺度上的偏振数据是容易获得的，并且可以直接获得。

谢尔盖·托洛茨基说:“我们经常使用公开发表的论文或数据库中的公开数据来约束一些基本粒子的性质。但这一次我们联系了我们的射电天文学同事，他们重新挖掘了历史档案数据，并根据我们的目的对其进行了重新梳理和分析。”

通过对过去20年历史数据的分析，科学家们发现了各种各样的两极分化现象，但不幸的是，这些现象都不符合他们之前的理论预测。活跃的星系核通常会产生不规则的脉动效应。然而，超轻暗物质粒子产生的振荡是有规律的。

最后，科学家们没有发现任何与超轻暗物质粒子存在相关的线索。至少在这次搜索中没有发现能够解释星系大规模结构损失的轻粒子。然而，应该注意的是，这样的结果并不意味着这样的粒子绝对不存在。

谢尔盖·托洛茨基说:“除了重力，组成暗物质的粒子和可见世界之间没有任何形式的相互作用。虽然这似乎是解释暗物质存在的最简单的模型，但是要找到有一定质量但没有任何相互作用的粒子是非常困难的。”

尽管这项研究似乎使传统的超轻暗物质粒子模型有点不可靠，但研究人员还没有准备好放弃它。

以色列特拉维夫大学的天文学家伦南·巴尔卡纳说:“至于暗物质，我们唯一能确定的是它一定不是由现代物理学中已知的某些粒子组成的。因此，在我们获得关于自然界暗物质的结论性观察证据之前，我们必须小心面对任何推测或猜测，并保持开放的心态。”