本期文章

暗原子:宇宙黑勢力

撰文/杜布瑞斯庫(Bogdan A. Dobrescu)、林肯(Don Lincoln)翻譯/李沃龍    

我們的鄰居,如美麗風車般旋轉的仙女座星系,訴說著宇宙的一個奧秘:即使把已知的物理定律運用到該星系的可見物質,也無法解釋它迅疾的轉動速度。按理說,該星系裡可見物質的重力,應該使它周圍的恆星以較慢的速度運行。如果仙女座星系真的只包含那些可見物質,則這樣快速轉動的星系根本就不應該存在。

宇宙學家相信有某種看不見的物質(暗物質)瀰漫於仙女座星系和其他星系之中,以重力與可見物質交互作用,星系才得以保持高速旋轉。暗物質可能佔據宇宙整體質量約25%,能夠用來解釋宇宙的其他現象,包括星系團中星系的超高速運動、兩星系團碰撞而造成的物質分佈,以及遙遠星系的光因重力造成偏折,即所謂的重力透鏡效應。

最簡單的暗物質理論假設,那些看不見的物質都是由單一種、尚未發現的粒子構成。但經歷數十年的搜尋,科學家依然找不到暗物質粒子的直接證據,無法證實其存在。此外,天文觀測的結果與最簡單的暗物質理論之間,仍有些不一致的現象。由於這些不一致的現象和一直無法偵測到那些看不見的物質,有些科學家便質疑最簡單的暗物質理論,並開始設想其他複雜型式的暗物質。除了單一種粒子外,暗物質或許是由各式各樣的暗粒子構成。畢竟,可見物質可由許多不同種類的粒子構成,或許暗物質也具有類似的複雜性。


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過去幾年,科學家逐漸猜想多種不同型態暗物質存在的可能性,更有趣的是,或許有些過往未設想的作用力,可以與暗物質作用,並且對於可見物質的影響非常微弱(甚至完全不影響)。科學家近來對於星系碰撞的觀測,或許可以提供初步證據來支持此假說,而這些作用力也可能協助我們化解最簡單的暗物質理論與觀測之間的某些矛盾。假如暗物質果真存在多種型態,那麼宇宙將比我們想像的更加錯綜複雜而有趣許多。


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