木星可以成為理想的暗物質探測器

美國斯丹福大學的麗碧卡·萊恩（Rebecca Leane）和瑞典斯德哥爾摩大學的添·林登（Tim Linden）的一項研究，描述木星如何有可能是難以尋找暗物質的關鍵工具。

暗物質的性質是目前物理學中最大謎團之一。它在重力作用下，我們可以看到它把原本可以飛散的星系聚集在一起，但是它似乎並沒有以其它方式與正常物質相互作用。

熱門的理論認為，暗物質是太小的粒子或相互作用太弱而難以觀測到的某種粒子。現時已有的粒子加速器和對撞機實驗將亞原子粒子粉碎，研究人員希望看到由此產生的碰撞，會失去意想不到的能量，顯示某些可能是暗物質的未知的粒子正在逃離探測器。不過到目前為止，沒有任何發現。

但是暗物質在自然界中也應該存在，並且可以由重力較大的物體（例如：地球，太陽和木星）以重力方式捕獲。隨著時間的過去，暗物質可能會在行星或恆星內部積聚，直到密度足以使一個暗物質粒子撞擊另一個粒子，從而消滅了兩者。即使我們自己看不到暗物質，我們也應該能夠看到這種碰撞的結果。它將以伽馬射線的形式產生高能輻射。

美國太空總署的費米（Fermi）伽馬射線太空望遠鏡在2008年6月12日由三角洲二型（Delta II）火箭發射升空。十多年來，它一直檢查天空中是否存在伽瑪射線。萊恩和林登用這枝望遠鏡的觀測木星的數據，對木星的伽馬射線活動進行首次分析。他們希望看到木星內部暗物質滅產生過量伽馬射線的證據。

正如林登解釋，木星的大小和溫度使它成為理想的暗物質探測器。由於木星比其它太陽系的行星具有更大的表面積，因此它可以捕獲更多的暗物質。然後你們可能會奇怪，為什麼不使用更大甚至更近的太陽呢？因為木星的核心比太陽涼爽，它給暗物質帶來的熱量更少。這部分可以阻止較輕的暗物質從木星中蒸發，而這些較輕的暗物質會從太陽中蒸發掉。

萊恩和林登對木星的初步研究尚未發現暗物質。但是在低能量下存在的伽馬射線數量，需要更好的工具來進行適當的研究。萊恩說：「我們在擴展伽馬射線太空望遠鏡的極限來分析這種低能量伽馬射線。展望未來，即將出現更高能力的伽馬射線望遠鏡是否會發現任何木星伽馬射線，特別是現時費米伽馬射線太空望遠鏡的性能受到限制。或者從木星上仍有一些未知的秘密。」

萊恩和俄亥俄州大學尤里·斯米爾諾夫（Juri Smirnov）認為，也可以使用類似的技術來尋找類似木星的系外行星或者棕矮星中的暗物質。

銀河系中心附近的系外行星和棕矮星的暗星密度更高，由於它們核心中的暗物質的煙滅更頻繁，因此它們在紅外中的熱度應高於距離更遠的行星和恆星。新的韋伯太空望遠鏡也許能夠對足夠多的行星進行紅外線偵測，去證實這個理論。

無論是在系外行星中發現暗物質的證據，還是在太陽系木星發現暗物質證據，這種發現都將標誌著我們的宇宙模型向前邁出了一大步。雖然兩者都無法保證，但是絕對值得一看，並且目前正為這種搜索方法奠下基礎。

【圖：萊恩和林登；文：節譯自今日宇宙網頁】研究全文刊登在2021年4月5日出版的 arXiv 論文預印本網站