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據(jù)外媒報道，到目前為止，神秘的暗物質(zhì)仍然令人捉摸不透?，F(xiàn)在，約翰斯·霍普金斯大學(xué)的一位物理學(xué)家已經(jīng)提出了一個新的理論，有助于解釋這些東西，但同時也讓它看起來更奇怪。根據(jù)這項新研究，暗物質(zhì)可能起源于宇宙大爆炸之前。

“大爆炸宇宙論”認(rèn)為，宇宙是由一個致密熾熱的奇點于大約137億年前一次大爆炸后膨脹形成的。人們認(rèn)為暗物質(zhì)就像常規(guī)物質(zhì)一樣從大爆炸中產(chǎn)生 - 它似乎是我們所看到的宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)的原因。

暗物質(zhì)

隨著宇宙的不斷膨脹，暗物質(zhì)密度的微小波動意味著在質(zhì)量更大的地區(qū)，膨脹速度減慢。暗物質(zhì)的額外質(zhì)量引力吸引了該區(qū)域的正常物質(zhì)，隨著物質(zhì)密度的增加，它最終會坍塌并向第一顆恒星發(fā)射。這就解釋了為什么恒星傾向于聚集在星系中，而星系又聚集成星系團(tuán)。

雖然已經(jīng)有大量證據(jù)表明暗物質(zhì)大量存在于宇宙中，但暗物質(zhì)尚未被直接探測到，這使研究變得棘手。因此，我們并不真正知道它是由什么構(gòu)成的，但是候選粒子并不缺乏。

科學(xué)家建議的候選者包括暗光子，弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP），軸子，甚至像矮行星一樣大的“ 宏觀 ”粒子和像中子星一樣密集的粒子。不幸的是，盡管進(jìn)行了大量旨在檢測它們的實驗，但尚未出現(xiàn)任何這些候選物的跡象。

根據(jù)這項新研究，其原因在于假設(shè)暗物質(zhì) - 無論它是什么 - 是在大爆炸期間產(chǎn)生的?！叭绻滴镔|(zhì)確實是大爆炸的殘余物，那么在很多情況下，研究人員應(yīng)該已經(jīng)在不同的粒子物理實驗中看到了暗物質(zhì)的直接信號，”該研究的作者Tommi Tenkanen說。

那么替代方案是什么？根據(jù)Tenkanen的說法，暗物質(zhì)的起源可能早于宇宙大爆炸本身。

在大爆炸之前

這個想法并不像聽起來那么瘋狂。在大多數(shù)人的心目中，宇宙大爆炸是所有時空的開始，在此之前沒有任何東西存在。但這可能不完全準(zhǔn)確。一些物理學(xué)家說，宇宙微波背景為我們提供了大爆炸之前可能存在某些東西的線索。

首先，宇宙永遠(yuǎn)不會熱到足以達(dá)到奇點。最重要的是，還有兩個觀察到的宇宙特征表明了更多：它似乎是空間平坦的，而不是彎曲的。并且溫度波動平均在所有方向上相同。

這兩件事可以通過一種稱為宇宙膨脹的理論來解釋，宇宙膨脹是指宇宙呈指數(shù)級膨脹的時期。該理論認(rèn)為，這一時期結(jié)束于137億年前，我們稱之為大爆炸的物質(zhì)爆發(fā)，然后宇宙繼續(xù)以不同的速度膨脹。這意味著宇宙大爆炸啟動了我們現(xiàn)在稱之為家園的宇宙 - 但這不是一切的開始。例證：暗物質(zhì)本身。

早期的暗物質(zhì)

這項新研究表明，雖然常規(guī)物質(zhì)是在宇宙大爆炸期間產(chǎn)生的，但在宇宙膨脹期間，暗物質(zhì)的出現(xiàn)較早。隨著宇宙迅速膨脹，它產(chǎn)生了一種稱為標(biāo)量的粒子，其自旋為零。到目前為止，只發(fā)現(xiàn)了一種類型的標(biāo)量粒子 - 著名的希格斯玻色子 - 但根據(jù)Tenkanen的說法，暗物質(zhì)也可能屬于這一類。

Tenkanen提出了他所描述的暗物質(zhì)起源最簡單的數(shù)學(xué)方案。在這個框架中，暗物質(zhì)是一種在宇宙膨脹過程中產(chǎn)生的標(biāo)量粒子，重要的是它可以很好地解釋我們已經(jīng)測量過的暗物質(zhì)和規(guī)則物質(zhì)的相互作用。

“我們不知道暗物質(zhì)是什么，但如果它與任何標(biāo)量粒子有關(guān)，它可能比大爆炸更老，”Tenkanen說。“通過提出的數(shù)學(xué)方案，我們不必假設(shè)可見光和暗物質(zhì)之間的新型相互作用超出重力，我們已經(jīng)知道它存在于那里?！?/p>

方便的是，這種形式的暗物質(zhì)完全適合我們所知道的故事的其余部分。在大爆炸之后，已經(jīng)存在的暗物質(zhì)的斑塊結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)影響常規(guī)物質(zhì)聚集在一起的方式，并最終形成我們今天看到的星系和星團(tuán)。這意味著可以通過研究這些宇宙結(jié)構(gòu)來支持這一理論，它甚至可以告訴我們更多關(guān)于這個神秘的大爆炸之前的時間。

“這項研究揭示了粒子物理學(xué)和天文學(xué)之間的新聯(lián)系，”Tenkanen說道。“如果暗物質(zhì)由大爆炸之前產(chǎn)生的新粒子組成，它們會以獨特的方式影響星系在天空中的分布方式。這種聯(lián)系可以用來揭示它們的身份，并對大爆炸前的時間作出結(jié)論?！?/p>

Tenkanen表示，目前正在尋找其他候選者的實驗，很難發(fā)現(xiàn)這些特殊的粒子，但即將出現(xiàn)的衛(wèi)星，如歐洲航天局的Euclid可能有所幫助。

“雖然這種類型的暗物質(zhì)難以在粒子實驗中找到，但它可以揭示它在天文觀測中的存在，”Tenkanen說道。當(dāng)Euclid衛(wèi)星于2022年發(fā)射時，我們將很快了解更多關(guān)于暗物質(zhì)起源的信息。看看它將揭示暗物質(zhì)的內(nèi)容以及它的發(fā)現(xiàn)是否可以用來窺探大爆炸之前的時代將是非常令人興奮的?！?/p>

這項新研究發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。