暗物質究竟是什麼?科學家們為此發生了一次有意思的爭執

2020-12-05 話說天文
星系

最初,天文學家通過觀測星系旋轉周期等等數據推算星系的質量時,發現星系的質量遠大於使用天文望遠鏡所觀測到的數據,科學家們由此提出在星系中或許普遍存在著一種看不見摸不著的物質稱作暗物質。這個假說提出後,很好解釋了許多星系的觀測數據。但是我們始終對暗物質的實質一無所知。

暗物質模擬圖

近日三個物理學家表明他們通過觀測天空空蕩的扇區分析數據得出,暗物質可能由一種叫做惰性中微子的奇異物質構成。與普通的中微子不同,這種物質質量較大,它不能與原子核發生弱相互作用,而只能與普通中微子發生相互作用。它們的相互作用來自於一種叫中微子混合的過程,即普通中微子變形為惰性中微子的過程。關於中微子大家可以參考筆者早些發布的文章:

關於中微子的研究或許能揭示為什麼反物質在宇宙中會這麼少

然而這三個物理學家的結論很快受到了質疑。其中來自美國加州大學爾灣分校的理論物理學家沃爾基.阿巴扎居安戲謔地說這是他見過的最糟糕的隨意提取數據的研究之一。另一個科研小組進行觀測他們得到了與之前那三位物理學家完全相反的結論。他們為什麼會得出兩個截然相反的結論呢?

我們先來看看雙方各自是怎麼得到結論的。

中微子

首先,惰性中微子並不是一成不變的,它會以一個較小的概率衰變為一個普通中微子和一個X射線光子。科學家們通過觀測我們銀河系中央和鄰近的星系時探測到一些X射線微弱的光芒,而它們都處在同一個能量值,即3.5千電子伏特。我們用愛因斯坦的質能方程換算出靜止質量對應靜止能量為7千電子伏特的惰性中微子衰變時放出的X射線光子正是這個能量。

反對暗物質是惰性中微子的科學家,麻省理工學院研究員班傑明.薩弗迪認為觀測到的X射線未必來自於暗物質。他所在團隊尋找了4000多張恆星之間的空間內的照片,假如我們所處的星系在一個巨大的惰性中微子云中,那麼望遠鏡應該能探測到3.5千電子伏特的X射線閃光。可他們並沒有發現任何的跡象。他們探測到的X射線往往可以溯源到熱氣體等等平常的X射線發射現象。

星系處在中微子云zh

萊登大學阿列克謝.博雅斯基所在團隊利用同一組數據得出了截然相反的結論,他們說他們看見了3.5千電子伏特的X射線閃光。他們認為我們的星系充滿了稀薄的等離子氣體,於是乎我們拍攝到的天空儘管不存在暗物質的貢獻也會有X射線出現,還有一些X射線可能還來自於我們星系以外,就連他們用於觀測X射線的XMM牛頓望遠鏡本身都會發射X射線。所以要想看到暗物質發出的3.5千電子伏特的X射線,我們必須扣除這些X射線源的影響。

XMM-牛頓太空望遠鏡

為此博雅斯基分析了XMM-牛頓望遠鏡探測到的所有X射線的能量,為其的整個背景構建了模型,然後將這部分本底扣除。他們去掉了3.3千電子伏特3.7千電子伏特的峰值,得到了3.5千電子伏特的峰值。

而薩弗迪說他們的分析技術更加先進,他們沒有對X射線的所有能量值做分析,而是對每一張圖片做了一個範圍更小的精度更高的分析,雖說他們沒有扣除鄰近兩個能量的峰值,以他們的技術,假如在3.5千電子伏特處有峰值,他們完全可以偵測到。而事實上並沒有。

兩邊陣營相持不下。博雅斯基說無論如何他要將他們的成果提交給《科學》雜誌,他不求能發表,但是至少要在同行內評評理。

暗物質

非常有意思的爭論。實際上這樣的爭論每天都在科研圈內發生,這也是科研的一個極其關鍵的步驟,有質疑有爭論才會有進步。但願在科學家們的爭論中,真相會越來越開朗,暗物質的神秘面紗會最終被揭曉。

感謝您的閱讀!

相關焦點

  • 暗物質「斯芬克斯之謎」有待求解
    顧名思義,暗物質是看不見的物質,暗物質「原形畢露」的唯一特徵是表現了它們的引力作用,它們吸引了宇宙的可見物質,暗物質的生存法則在於「我吸引、故我在」。為了解更多暗物質的神秘性,科研人員使用了類似可見物質的研究方法,對可見物質相互碰撞的觀測表現在發生了什麼結果,對暗物質相互碰撞的觀測表現在出現了什麼現象。
  • 地球上如有「暗物質」意味著什麼
    暗物質是什麼?連科學家們也不敢說自己很了解。不過我們知道,暗物質一旦被證實,將為物理界以及整個人類的認識掀開嶄新的一頁。  經過堅持不懈的觀測工作,去年12月,美國科學家安裝在明尼蘇達州地下700米的暗物質探測器有了反應,該反應被認為極可能是「暗物質」引起的。相關論文近日發表在美國權威期刊《科學快報》上。
  • 錦屏有座地下實驗室,這裡負責捕捉暗物質,用的方法是守株待兔
    這座實驗室究竟是用來做什麼的?它又為何建於深山之中?如果您想知道,就讓小編來為您揭秘:(本文所有圖片,全部來自網絡,感謝原作者,如侵犯您的權利,請聯繫本號作者刪除。圖片與內容無關,請勿對號入座)我們所生活的世界可謂是多姿多彩,既有花草樹木又有各種動物,它們在地球這個大家庭中,構成了一個良好的生態圈。
  • 這種神秘的暗物質,居然也被認為是造成恐龍滅絕的原因
    互相聯繫:提出暗物質滅絕恐龍理論言歸正傳,我們接著講恐龍。我想跟大家分享幾個研究恐龍過程中發生的小故事。第一個小故事是關於恐龍滅絕的。恐龍滅絕的原因是恐龍研究當中最有意思的。我給大家列出了幾種有代表性的假說,包括隕石或小行星撞擊地球導致恐龍滅絕,距今6600萬年前發生的大規模火山噴發導致恐龍滅絕等。
  • 如同在月球照片上找到一隻跳蚤,科學家在超算中讓暗物質「現形」
    現有的宇宙學理論認為宇宙的構成主要有物質,暗物質和暗能量構成,我們常說的物質為可見物質,只佔宇宙總質量的4%左右,暗物質佔了26.8%,剩下的就都是暗能量了。
  • 潛伏在宇宙中的暗物質從何而來?新理論認為或由宇宙氣泡形成
    這種引力的大小使科學家能夠估計暗物質在宇宙中所佔的比例。目前的估計表明,這種暗物質佔宇宙質量的80%。 「雖然我們知道我們的宇宙中有多少暗物質,但幾十年來,我們一直對暗物質的性質和起源感到疑惑。」研究合著者Andrew Long說,他是休斯敦萊斯大學的物理學助理教授。「暗物質是基本粒子的集合嗎?如果是的話,這些粒子的性質是什麼,比如它們的質量和自旋?
  • 來自宇宙的「廣播」:神奇的暗物質無線電,或能幫助人類找到它
    我們的科學家們經過多方面的驗證,已經了解到,宇宙中存在著一種未知的物質,它無處不在,宇宙中大約7成都是這種物質,它就是暗物質,雖然科學家已經知道暗物質是真實存在的,但是至今人類還無法發現並且找到它,這就是擺在我們面前巨大的難題。人類正在研究測試一種全新的暗物質接收裝置!
  • 暗世界:黑暗、黑夜、黑洞、暗物質及暗能量;
    暗物質無法直接觀測得到,但它能干擾星體發出的光波或引力,其存在能被明顯地感受到。 (黑色網絡是暗物質,懸掛於黑色網絡的橙色區域是物質,無所不在均勻分布的是暗能量。)
  • 或許暗物質才是大氣正電子聚積的「罪魁禍首」
    導語: 長久以來,科學家們一直試圖解釋地球大氣上空的正電子聚積的奇異現象,並提出了這些正電子來自脈衝星的假設,然而,新的研究表明我們或許「錯怪」了脈衝星,這背後的「罪魁禍首」也許是宇宙中的暗物質。
  • 那隻捉暗物質的「猴子」延遲退休啦!
    暗物質衛星運行示意圖(中科院紫金山天文臺供圖)暗物質衛星「悟空」是我國首顆天文衛星。它於2015年12月17日發射升空,原定工作期限3年。此次已是「悟空」第二次「延壽」。暗物質衛星發射前的扣罩現場(中科院紫金山天文臺供圖)暗物質衛星首席科學家、中國科學院院士常進說,雖然「悟空」已運行5年,但衛星上的所有載荷都工作正常,各項性能指標和發射初期相比沒有顯著變化。近期,中科院國家空間科學中心已組織評審,基於衛星平臺以及探測器的現狀,決定再次讓衛星「延壽」1年。在此期間,「悟空」將繼續在太空中累積科學數據。
  • 震驚,科學家提出我們可能生活在「黑洞」中
    那麼,這樣投機性問題、暗物質問題以及多元宇宙概念就都能說得通了。接下來科學家們要做的就是,通過觀察或者試驗來驗證這個新學說。多元宇宙一種奇怪的新理論表明,微小的原始黑洞(在我們宇宙的最開始形成的黑洞)可以構成暗物質,並且奇怪的是,它們包含自己的微小坍縮的宇宙。這是一個奇怪的想法,雖然解決了投機性問題,卻一次解決了宇宙中幾個最重要的謎團。
  • 大膽推測:宇宙空間並非完全真空,而是充滿著暗物質
    科學家經過研究發現,我們能夠肉眼或者人類能夠觀測到的地球、月球、太陽等實體星球僅佔宇宙質量的4%,另外96%的質量,目前人類沒有準確觀測到,那麼如此龐大的質量,到底他們會在哪裡呢?或許有一種推斷比較合情合理,包括我們地球月球和太陽在內,我們都懸浮在某種透明的物質中,我們可以自由地穿行在這些物質中,就像鳥兒、飛機在空氣中自由飛行一樣,空氣就是我們看不見的暗物質,但它確實客觀存在,並且不影響我們的通行。
  • 2.52億年前到底發生了什麼,讓96%海洋物種滅絕了
    被譽為地球38億年生命史上,最慘烈的一次大滅絕——二疊紀-三疊紀大滅絕事件,是發生在約2.52億年前。如今,人們通過科學家們一番努力,通過那個遙遠古代所遺留的貝殼化石證據。而最新的科學研究,已讓我們一點點地逼近大滅絕事件的真相,科學家們一點點地利用技術手段去還原當年的地球災難觸發的過程。
  • 暗物質根本不存在?你的個性腸子說了算 | 一周科技速覽
    看見光回流編輯 | 韓若冰、琵思佛編譯 | 董唯元、楊凌、顧淼飛、顧舒晨、劉航1暗物質根本不存在?追溯宇宙暗物質的提出,最初是為了解釋星系邊緣的星體運動速度過快的現象。隨後的十幾年中,各種版本的暗物質理論也相繼出爐。所有暗物質理論都是在承認現有引力理論的前提下,希望尋找「尚未觀測到的物質」來填補所需要的那部分質量空缺。據估算,所需空缺質量是現已觀測到的普通物質總質量的6~7倍。
  • 人吸貓,貓吸草,神秘貓薄荷讓科學家們百思不得其解!
    然而,當貓遇上一種神秘的植物時,事情就會變得非常地有意思。霸道冷豔的貓妹妹會馬上放下高貴的身段,投入這植物營造的溫柔鄉,性情大變,欲死欲仙,畫面「和諧」、「唯美」,不忍卒看。然而,貓薄荷裡含有一種名為荊芥內酯的神秘物質,正是這種物質讓貓咪醉生夢死,忘乎所以。荊芥內酯通常會覆蓋在葉子、莖、和心皮表面的微型鱗莖上,當鱗莖被揉碎之後它會飄散在空中。
  • 參宿四之前為啥變暗了? 可能因為它打了個噴嚏
    Wheatley (STScI)  今年早些時候,參宿四詭異的變暗讓科學家們困惑不已。一個多世紀以來,天文學家一直在研究獵戶座中的這顆超巨星。但是,儘管參宿四的亮度會以420天的周期有規律地變化,但最近的這次變暗太極端了,亮度已經發生了肉眼可見的變化。而且,當時它的形狀看起來似乎還有些變形了。
  • 大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也許是暗物質的主要組成部分
    研究人員提出它們是暗物質的一種潛在可能性,暗物質是一種看不見的物質,會在整個宇宙空間內施加引力。因為看不見,所以目前對於暗物質的研究還處於很初級的階段,大多數科學家對於暗物質的理解都是某種具有特殊性質的假象粒子構成,這樣可以避免很多潛在的問題。但是也有一些研究人員認為,成群的小黑洞像雲一樣在太空中移動,這提供了一種更清晰的解釋。
  • 宇宙大爆炸發生後三十萬年究竟是什麼情景?看科學家怎麼說!
    視界很像我們在大海上看到的一個圓,也就是地平線,在這個圓之外我們什麼也看不到。1969年,彭羅斯提出了著名的宇宙監督原理,該原理保證任何時空奇點都會被視界包圍起來。直到今天,這個猜測還是引力理論中的一個難題。▲ 黑洞吞噬了周圍的恆星形成物質。2012年,彭羅斯發現了宇宙大爆炸之前還存在另一個宇宙的證據。
  • 在電子和原子核之間,還存在什麼物質?科學家給出了答案
    在電子和原子核之間,還存在什麼物質?科學家給出了答案人類的科技不斷在進步,現在我們已經知道了原子是有原子核組成的,而原子的內部除了原子核和電子以外,其它的百分之99.9999都是空的,可以舉一個不精確的例子,如果將一個原子比作一座100層的高樓,那麼原子核就是這座高樓之中一個電梯按鈕這麼大的物質,而電子在這座高樓中就像是漂浮的一粒塵埃一樣,在這麼大的空間中,除了原子核和電子,還有什麼東西呢?
  • 兩會上科學家們的「表情包」
    兩會上科學家們的「表情包」 原標題:   新華社北京3月9日新媒體專電 題:兩會上科學家們的「表情包」會場內外,追隨這批科學大咖們的腳步,「中國網事」記者捕捉到四種生動表情。  表情一:欣慰  18000餘字的政府工作報告中,「創新」一詞被多次提及。國家對創新事業的重視和一系列實在舉措,令科學家們備感欣慰。  「對於中國科研,這是一個最好的時代。」