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[分享] 暗物質暈是最早的宇宙結構
根據瑞士蘇黎世大學(University of Zurich)理論物理研究所(Institute for Theoretical Physics)科學家Ben Moore人發表在最近一期自然(Nature)期刊上的研究論文指出:重量約與地球相當、但範圍大小約與太陽系相當,如同鬼魅班的暗物質暈(dark matter haloes),其實才是宇宙中各種天體的祖師爺!
目前科學家認為在大霹靂之後2000萬年間,宇宙近乎平滑均勻;但物質分佈只要有一丁點的不平衡,就會因重力的關係而逐漸聚集變化,最終產生我們現今所見之宇宙。Moore表示:暗物質暈約在大霹靂(big bang)後約2000萬年便以成形;這些暗物質暈形成所謂的「重力井(gravitational wells)」,會吸引一般物質並使之「膠結」,大霹靂5億年之後恆星和星系才得以形成。因此暗物質暈可說是目前宇宙中可見所有天體的基石。這些科學家推測:宇宙中目前仍殘留非常多的暗物質暈,其中一個甚至每隔數千年便會穿越地球一次,留下明亮且偵測得到的伽瑪射線尾跡。事實上,「暗物質粒子雨」隨時隨地都會落在地球上,甚至穿越人體,但人體對這些粒子卻毫無知覺。
雖然目前已知宇宙總質量的80%是暗物質,但。科學家始終不清楚暗物質的本質,僅知它與組成一般物質的原子迥異。目前科學家並無法直接偵測到暗物質,只能透過一般物質碩到的重力影響來間接得知它們的存在。
Moore等人以蘇黎世大學中的 zBox超級電腦、連續計算了數個月之後,才終於得到上述結果。他們利用一種超輕、超對稱粒子「neutralino」(有人譯為「中性伴隨子」,但中譯名詞尚未統一)隨時間的變化來進行計算模擬。neutralino是目前科學家最喜歡的「冷暗物質(cold dark matter)」候選人,也就是說:這些粒子移動速度並不快,因此可以聚集在一起變成一個重力井,讓一般物質得以流向這個「井」而聚集。
不過,理論上,neutralino是大霹靂時產生的基本粒子之一;早在二十幾年前,科學家就已預言由neutralino組成的大量「暗物質暈」會遍及整個宇宙,但科學家從未偵測到過neutralino,當然也未曾偵測到過暗物質暈。Moore等人的模擬結果的新論點,在於:(1)質量相當於地球質量的暗物質暈首先形成;(2)這些結構的核心相當緻密,使得暗物質暈得以從形成一直存在至今;(3)這些小型的暗物質暈會在行程後的星系中四處遊走,當通過一般物質時便會與之有重力交互作用。甚至這些暗物質暈會擾動我們太陽系外圍彗星故鄉—奧特雲(Oort cloud),使得彗星落往太陽系內側,成為我們今日見到的許多長週期彗星。
Moore表示:邀偵測這些neutralino形成的暗物質暈雖很困難、但並非不可能,因為neutralino粒子會互相碰撞而對滅,因此這些暗物質暈持續地輻射伽瑪射線。如果在我們有生之年,真的有機會穿越一個暗物質暈,那麼就會因距離夠進而能輕易偵測到伽瑪射線尾跡。最佳的觀測地點則是暗物質密度最高的銀河中心,或是會移動的暗物質暈核心。密度愈高的區域,neutralino碰撞機率愈高,伽瑪射線也愈強。然而,即使如此,觀測難度仍然很高,因為就如同要在地球上觀察到冥王星表面的一盞燭火一樣。
美國航太總署(NASA)計畫將在2007年發射GLAST任務,科學家期望GLAST能偵測到暗物質暈的輻射。至於地面的其他伽瑪射線觀測站,如VERITAS、MAGIC等,或許也有機會偵測到neutralino交互作用所發出的伽瑪射線輻射。至於瑞士CERN的大型強子撞擊器(Large Hadron Collider)則會在數年前確認這些超對稱觀念是否正確、超對稱粒子是否真的存在。
出處來源:http://www.tam.gov.tw/news/2005/200501/05012802.htm
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