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木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密

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  集齐七颗“龙珠”,可以召唤“神龙”。


  朱诺探测器拍摄的木星。NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / AliAbbasiPov

  木星是太阳系最大的行星,也是距离我们最近的巨行星。木星可能保守了一个宇宙中最黑暗的秘密。

  来自斯坦福大学和斯德哥尔摩大学的两位科学家Rebecca Leane和Tim Linden近日表示,木星也许可以帮助我们解开暗物质之谜。

  暗物质是当今物理学中最大的谜团之一。科学家在观测宇宙的过程中发现所有星系都受到了一种看不见的引力源支配,否则它们就会分崩离析。这种引力源就是所谓的暗物质。

  为了找到暗物质,科学家绞尽了脑汁。最流行的看法认为,暗物质是一种粒子。这种粒子要么很小,要么产生的力很弱,所以很难被看到。科学家期待粒子加速器和对撞机能够在亚原子粒子的碰撞中发现些什么,比如某种意料之外的能量缺失,这样就意味着存在某种未知的粒子。但是到目前为止仍然没有确凿的发现。

  离开人类的实验室,大自然中也存在着许多天然的实验场所。宇宙中有许多引力陷阱,比如地球,比如太阳,又比如木星。这些引力阱可能会俘获暗物质粒子,保存在它们体内。一旦它们搜集到了足够多的暗物质粒子,这些粒子就有可能互相碰撞,发生湮灭。虽然我们可能不能直接看到暗物质,但是我们可以看到它们湮灭时发出的“闪光”。这种“闪光”就是高能伽马射线辐射。

  因此,两位科学家指挥费米伽马射线太空望远镜对木星进行了观测,期待能够发现暗物质在木星内部湮灭产生的超量伽马射线。

  木星的体积和温度使之成为了一个理想的天然暗物质收集器。木星的个头很大,表面积也很大,这使它有能力捕获更多的暗物质粒子。木星的内部温度相对比较低,这又能够让它收集到的暗物质粒子不至于很快就跑掉。

  虽然到目前为止,两位科学家还没有在木星内部发现暗物质。但是他们却意外地发现,木星能够产生一种神秘的低能伽马射线。费米望远镜没有能力分析这种超量的低能伽马射线,因此它来自何方是个谜。

  科学家表示,相同的技术可以运用到系外行星和褐矮星身上,在它们体内寻找暗物质。银河系中心的暗物质密度较高,因此假如这些天体靠近银河系中心,它们就有更高的几率捕获暗物质粒子,我们也就更容易在它们身上观察到暗物质粒子湮灭产生的超量伽马射线。

  宇宙有时候很循规蹈矩,有时候又不按常理出牌。虽然不能保证一定能发现什么,但是这样的努力却值得一试。


  针对木星的伽马射线观测结果。Rebecca Leane / Tim Linden

  参考

  First Analysis of Jupiter in Gamma Rays and a New Search for Dark Matter

  https://arxiv.org/abs/2104.02068

  Exoplanets as New Sub-GeV Dark Matter Detectors

  https://arxiv.org/abs/2010.00015

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