暗物質有可能在宇宙大爆炸之前已經存在


暗物質是現代物理學中最難以捉摸的謎團之一,研究人員認為暗物質約佔宇宙質量的八成,但暗物質究竟是什麼以及它如何形成,一直是未解之謎。據美國約翰·霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的一項最新研究顯示,暗物質可能在宇宙大爆炸之前就已存在。

儘管人們對暗物質的起源知之甚少,但天文學家已經證實,暗物質在星系和星系團的形成過程中發揮著至關重要的作用。雖然不能直接觀測到,但通過它們對可見物質在空間運動和分佈的引力作用,可以知道有暗物質存在。

長期以來,研究人員認為,暗物質是大爆炸的遺骸。而最新研究作者、約翰·霍普金斯大學芬蘭物理學和天文學博士後研究員湯美·丁卡能(Tommi Tenkanen)表示:如果暗物質真是大爆炸的遺骸,那麼,我們應該已在不同的粒子物理實驗中直接看到了暗物質的蛛絲馬跡。但迄今為止,所有尋找暗物質的實驗都以失敗告終。

在最新研究中,研究團隊利用一個新的簡單數學框架表明,暗物質可能在大爆炸(即宇宙暴脹時期)之前就產生了。在宇宙暴脹時期,空間快速膨脹,這種膨脹據信會大量產生被稱為標量(scalars)的粒子。至今為止,科學家只發現了一種稱為希格斯玻色子(Higgs boson)的標量粒子。丁卡能指出,我們不知道暗物質是什麼,但如果它與任何標量粒子有關,它可能比大爆炸還要古老。

雖然暗物質在大爆炸之前就已存在的觀點並不新鮮,但其他理論學家一直未能提出支持這一觀點的計算方法。丁卡能的研究團隊認為,以往的研究人員總是忽略了暗物質起源最簡單的數學假設。

新研究還提出了一種通過觀察暗物質在宇宙中的分佈特徵來測試其起源的方法。丁卡能說:「雖然暗物質很難在粒子實驗中找到,但它可以在天文觀測中發現。歐幾里得(Euclid)衛星將於2022年發射,屆時,我們將了解到更多有關暗物質起源的信息。如果暗物質由大爆炸前誕生的新粒子組成,它們將以一種獨特的方式影響星系在天空中的分佈。」

【圖:互聯網;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在2019 8 7出版的《物理評論快報》