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太陽鄰近區域或許真有大量暗物質

2012/08/19 | | 標籤:

瑞士蘇黎世大學(University of Zürich)和蘇黎世理工學院(Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,ETH Zürich)天文學家Silvia Garbari等人所組成的跨國研究團隊,發現太陽鄰近區域可能有大量不可見的「暗物質(dark matter)」。他們的研究結果,基本上與銀河系周圍有龐大暗物質暈(dark matter halo)的理論相符,但這卻是首度利用高解析模擬的方法嚴格檢驗這個理論預測的現象。Garbari等人同時發現可能組成我們銀河系的其中一種暗物質。相關論文發表在2012年8月9日出刊的英國皇家天文學會月刊(Monthly Notice of the Royal Astronomical Society)中。

暗物質是瑞典天文學家Fritz Zwicky在1930年代所提出;他發現星系團內充斥著一種神秘的物質,可以維持星系團不致分崩離析。彼時,荷蘭的Jan Oort發現鄰近太陽的銀河系局部區域中,物質密度幾乎是單獨以恆星和氣體來解釋的兩倍之多,換言之,約有接近半數是不可知的神秘物質。之後數十年,天文學家逐漸發展出一套暗物質理建構形成的過程的理論,以便能解釋觀測到的星系團和星系的特性,但仍始終無法解釋太陽附近存有如此大量暗物質的謎題。在Oort的發現後的數十年,新研究所發現的暗物質量比預期還多了3~6倍,然而去年的新觀測資料和新研究方法應用所得的結果,卻又宣稱暗物質量比預期的還少很多。這些反覆的結論,讓大家陷入一片疑雲。這樣的矛盾,科學家一般相信:只是單純的因為觀測和分析的靈敏度不夠高所致。

Garbari等人發展一套全新的分析技術,利用迄今最佳的銀河系模擬理論程式來測試他們的質量測量法,然後才應用到真實的觀測資料上。結果發現過去20年所使用標準技術有偏見,總是會低估了暗物質含量。應用他們的新技術去修正這個偏差,並將之應用在測量太陽附近的數千顆橘色K型矮星的位置和速度後,因而獲得最新的太陽鄰近局部區域的暗物質密度。

Garbari等人表示:他們有99%的把握確定太陽附近的局部區域有暗物質。事實上,這些天文學家趨向於認為暗物質密度有點偏高,有九成把握太陽鄰近的暗物質含量比預期還高。剩下的一成不確定性,僅僅是因為統計偏差(statistical fluke)。如果未來的其他測量確認Garbari等人的結論,那麼這將是首度證明如同近年來有關星系形成的理論和電腦數值模擬所預測的:銀河系不止有「暗物質暈」,還有個「暗物質盤(dark matter disc)」;或是可證明銀河系的暗物質暈被「擠壓」了,使局部區域的暗物質密度增加許多。

許多物理學家猜測暗物質可能是一種新的基本粒子,與一般物質之間的交互作用非常微弱,但能利用深埋在地底的一些實驗設備偵測到其中一小部分。利用這類實驗設備準確的測量局部區域暗物質密度至關重要,因為如果暗物質真的是某種基本粒子,那麼在你閱讀這篇文章時,就已經有數十億顆這些粒子穿越你的身體。實驗物理學家希望透過目前已在運作的XENON和CDMS等實驗,每年都能捕捉到一些這種基本粒子。若能瞭解局部暗物質的特性,或許就是知道組成這些暗物質的究竟是什麼基本粒子的關鍵所在。

資料來源:Plenty of dark matter near the Sun[2012.08.09]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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