重磅!月球成暗物质探测新战场,《自然》研究揪出关键信号

Komentari · 120 Pogledi

9月16号,一个国际科研团队把新研究发在了《自然·天文学》上。这事说起来挺有意思,他们琢磨出一条新路子,以后想搞清楚暗物

  9月16号,一个国际科研团队把新研究发在了《自然·天文学》上。这事说起来挺有意思,他们琢磨出一条新路子,以后想搞清楚暗物质到底是啥,说不定得靠月球。

  而且他们还说了,宇宙刚诞生那1亿年里的氢信号,能帮着测出暗物质粒子的质量。

  可能有人会问,暗物质这东西到底有多重要?说实话,咱们平时能看见的星星、地球,还有咱们自己,都算“普通物质”,但这些在宇宙里只占一小部分。

  剩下的大部分都是暗物质,这玩意儿看不见、摸不着,既不发光也不反射光,可星系能稳住不乱跑,宇宙能形成现在的结构,全靠它在背后“发力”。

  但这么关键的东西,人类至今没搞明白它的真实本质,这事儿也成了现代物理学里最大的谜团之一。

  要是粒子轻点,比如比电子还轻不少,就叫“温暗物质”,它会不让那些比星系小的结构长出来;要是粒子重点,就是“冷暗物质”,反而会帮小结构生长。

  天文学家之前一直想测这个质量,因为搞清楚了,粒子物理学家才能搭建更靠谱的暗物质理论模型。

  但以前研究总被恒星、星系的复杂情况绊住,那些天体的形成演化过程太复杂,咱们现在还没完全搞懂,想精确模拟太难了。

  这次研究团队倒是聪明,他们没盯着那些复杂的恒星星系,反而把目光对准了“宇宙黑暗时代”。就是大爆炸之后头1亿年,那时候恒星和星系还没形成,宇宙里只有些小型气体云。

  本来想,这么早的时期,数据会不会不好找?

  但后来发现,正因为没恒星星系的干扰,模拟这些气体云的行为反而能做到高精度,这也算是避开了之前的难题。

  啥说宇宙早期的氢信号是“关键线索”?

  团队通过计算机模拟发现,宇宙膨胀的时候,那些气体云会慢慢冷却。同时,暗物质的引力会把这些气体拉成一团团的小疙瘩。

  这些气团的密度比宇宙平均水平高不少,被压缩之后温度也会升高。有意思的是,密度和温度的这些差别,会像盖章一样印在氢原子的21厘米射电辐射上。

  这种射电信号就像宇宙留下的“老照片”,能反映出当时的情况。

  团队建模之后发现,来自这些原始气团的信号,对暗物质是“温”是“冷”特别敏感。也就是说,只要能抓到这个信号,就能区分两种暗物质模型。

  不过有个麻烦事,两种模型造成的信号差别特别小,温度差还不到1毫开尔文,想测到它,得有超精准的观测环境才行。

  咱们在地球上肯定不行。这种信号的频率在50兆赫以下,地球的电离层会把这些低频信号挡住,根本传不进来。

  而且地球上到处都是人造信号,手机通信、卫星导航的信号都会干扰它,地面观测站想抓着这信号,基本是白费力气。

  这时候月球背面就显出优势了,它一直背对着地球,地球的各种干扰全被月球本身挡住了,无线电环境特别安静,简直是为观测这信号量身定做的地方。

  各国都在忙“月球探测”,这事儿能成吗?

  当然,想在月球建射电观测站,可不是搭个帐篷那么简单。技术上要解决不少问题,比如月球表面温度差特别大,白天能到150摄氏度,晚上能降到零下180摄氏度,设备得扛住这折腾。

  而且还得考虑供电、数据怎么传回来,这些都得花钱花精力。

  但现在不少国家都把这事提上了日程,有点像新一轮的“太空竞赛”,不过这次是冲着科学目标来的。

  日本就挺积极,他们在推进“月读计划”,打算分几步走,先发射探测器去测月球背面的电磁环境,再放小型设备测试,最后建一个由上百个天线组成的射电阵。

  美国的“阿尔忒弥斯计划”也没闲着,他们想在2035年前在月球南极建科研基地,说不定到时候也会加进暗物质观测的项目。

  我觉得这研究最有价值的地方,就是给未来的探测任务指了个明确方向。以前大家找暗物质,要么在地下挖探测器,要么在太空放卫星,这次把目标对准月球,算是打开了新思路。

  而且有《自然·天文学》这种顶刊背书,还有国际团队一起做支撑,不是随便拍脑袋想出来的方案,科学性还是很靠谱的。

  这么看来,未来二三十年里,通过月球观测搞清楚暗物质粒子质量,这事是有希望的。

  到时候要是真能揭开暗物质的谜团,不光能补上现代物理学的一个大缺口,咱们对宇宙怎么形成、怎么演化的认知,也会往前迈一大步。

  毕竟,想搞懂宇宙的“骨架”是啥做的,月球这步棋,说不定真能走对。

  

  编辑:陈方

  

  

  

  

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