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新的研究暗示地球的高层大气层可能把持宇宙的缺失片

(2024-06-12 09:10:33)

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新的研究暗示地球的高层大气层可能把持宇宙的缺失片

By Paul Sutter

2024/6/10

神秘的暗物质可以像一个波一样在我们的星球上晃动。新的理论研究提出如果确实如此，它可能在地球大气层中产生告密的无线电波。

极光发生在地球的电离层中，在那里带电的太阳粒子与大气原子碰撞。新的研究提出这可能也是在宇宙中来发现难以捉摸的暗物质的最佳地点。(Image credit: NASA Goddard)

按照新的理论研究，地球可能正穿过一个暗物质的海洋游泳 - 在那片看不见的海洋中拍打我们星球的高层大气的波可能会产生可探测的允许我们来最终发现宇宙的这个难以捉摸成分的无线电波。

大量的天体物理学和宇宙学证据指向暗物质的存在，从某些星系的不可解释的旋转曲线到宇宙中最大结构的生长。试图用引力的替代公式来解释这种各种各样的观测结果已经失败，因此绝大多数天文学家认为暗物质是某种未知的罕见的与光或正常物质相互作用的物质形式。

但这是一个非常广泛的包含很多可能性的想法。暗物质可能由大质量粒子组成，但对这些粒子的搜索已经大体上折腾出来空的。因此，一个有趣的替代是暗物质是超常的轻，要么以被称为“轴子”的理论粒子形式要么为携带少量质量的奇异形式的光子。

有这种令人难以置信的轻性——比已知最轻的粒子更轻数百万倍——暗物质可以以非常奇怪的方式行动。特别是，不是以单个点一样子弹的形式出现而是暗物质会像围绕宇宙晃动的大波一样行为。

在最近发表在预印本服务器arXiv上的一项研究中，物理学家探索了不是完全黑暗的允许它极端罕见的与正常物质相互作用的超轻暗物质模型。大多数时候，这些相互作用几乎没有被记录，没有产生可检测到的东西。但在罕见的案例中，暗物质和正常物质相互作用了足以来产生一个相当量的无线电波。

该团队的模型提示了当暗物质遇到一种等离子体并且当暗物质波的频率与等离子体波的频率对齐时这会发生。当这种情况发生时，一个共振会发生，放大相互作用并以无线电波的形式产生辐射。

宇宙对等离子体是不陌生的——所有恒星以恒星风的形式将等离子体吐进太空——因此理论家已经探索了由于暗物质与诸如太阳日冕或星际介质环境相互作用的无线电波的产生。但在这项新研究中，科学家们发现了一个离家园更近的相互作用点：我们星球的电离层。

地球的电离层是高层大气层的薄、热层，它由松散的电离（带电）粒子一种等离子体组成。自然的有波穿过它晃动，研究人员发现了这些波能与可能正在冲刷地球的假想暗物质波相互作用。

由这种相互作用产生的无线电波几乎不会被检测到。但研究人员发现通过用精心调谐的无线电天线在一年内搜索特定频率的无线电波，他们可能能够来探测这些波。