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这个宇宙比它应该是的略更热。“暗光子”可能要被责备。

(2023-01-31 06:38:41)

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这个宇宙比它应该是的略更热。“暗光子”可能要被责备。

By Paul Sutter

2023/1/30

新的研究声称，星系间气体云是比它们应该是的略更热，而叫“暗光子”的理论粒子可以解释它。

在它的中心有大暗物质池子（紫色覆盖）的星系。 (Image credit: NASA Goddard)

观测提出在我们宇宙中的星系间气体是比它应该是的更热一点。最近，一组天体物理学家已经用复杂的计算机模拟来提出了一个激进的解决方案：一种被称为暗光子的异域暗物质形式可能正在加热起这个地方。

这些奇怪的粒子会是一种新的正常物质不体验的第五自然力的载体，但偶尔这些暗光子能翻转它们的身份变成常规的光子，提供一个热源。

感觉中性的

我们可以通过用所谓的莱曼-阿尔法森林观测星系间的气体发现这样的暗光子。当我们观测来自一个遥远的、明亮的天体的光时，比如一个类星体（由在遥远星系中心的黑洞驱动的发光天体），在来自这个遥远天体的平滑光谱中有一系列的间隙。

这里是为什么：那个光不得不过滤过数十亿光年的气体来到达我们。偶尔光将穿过一个相对密的中性氢团------一种由一个质子和一个中子组成的氢，它渗透进整个宇宙的气体云。

大部分光会不受影响通过，但一个非常特定波长的光将被吸收。这个波长对应于氢原子内部一个电子从它的第一能级跳跃到第二能级所需的能量差。

当天文学家观察来自那个天体的光时，它除了因一个在那个被称为莱曼-阿尔法线特定能量跃迁的间隙外看起来不另外显著的。

来自遥远天体的光将通过多个云和中性氢团块。宇宙的膨胀造成这些间隙取决于到特定气体云的距离一个新的间隙出现在不同的波长上红移到不同的波长，。这个的最终结果是森林：在光谱中的一系列线和间隙。

在这里变热

这些莱曼-阿尔法间隙也能被用来测量每个气体云的温度。如果中性氢是完美的静止的，这个间隙会出现为一条令人难以置信的细线。但是如果单个分子正在移动，那么间隙就会因为这些分子的动能变宽。气体越热，分子有的动能就越多，间隙就越宽。

在一篇去年11月发表在《物理评论快报》杂志上的论文中，一群天体物理学家已经指出通过用这种方法，分散在星系之间的气体云似乎有点太热。这些气体云演化的计算机模拟预测它们刚好比我们观测的更冷一点，如此也许有某些东西正在加热起那些目前没有被在天体物理模拟中考虑到的云。

这项研究的作者声称，一种可能的解释是在我们的宇宙中暗光子的存在。这是一种非常假设的暗物质的形式，一种神秘的、大约占宇宙中所有质量的80%但似乎不与光相互作用的看不见的物质。

因为天文学家目前不了解暗物质的身份，这个领域至于对它可能是是很开放的。在这个模型中，不是暗物质由不可见的粒子组成的（就像一个电子的幻影版本），而是它由一种新的力载体组成------也就是说，一种调节其它粒子之间相互作用的粒子。

一片温暖而模糊的黑暗

我们熟悉的光子是电磁的力载体------它创造电、磁和光。暗光子将是一种新的自然的在通常的场景中不会在通常尺度上运行（例如在我们的实验室或太阳系内，否则我们会已经观察到它）力的载体。

按照研究作者，暗光子仍然会有一个微小的质量，因此它们仍然可以解释暗物质。另外，因为它们是力载体，它们也可能在它们自己中以及与其它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，暗光子能够有另外一个诡计：它们能偶尔变成一个普通的光子。