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翻译：周唯亮
校对：金振坤
编排：陶邦惠
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文链接：https://www.universetoday.com/150824/jupiter-could-make-an-ideal-dark-matter-detector/
想找暗物质但却不知该放眼何方？ 巨行星可能正是我们需要的暗物质探测器！幸运的是，我们的太阳系恰好有几个这样的行星，其中最大和最接近的是木星。本周，斯坦福大学的丽贝卡·莱恩（Rebecca Leane）和斯德哥尔摩大学的蒂姆·林登（Tim Linden）发表了一篇论文，描述了这颗气态巨行星为何是寻找暗物质的关键。
暗物质究竟是什么，这是目前物理学中最大的谜团之一。它在万有引力作用下相互作用——由于它的存在，星系才聚集在一起，而不至于飞散，但它似乎并没有以其他方式与正常物质相互作用。
最流行的理论认为，暗物质是太小或相互作用太弱、而无法轻易被观察到的某种粒子。 当前的粒子加速器和粒子对撞机的实验会粉碎亚原子粒子，研究人员希望看到碰撞产生的意外能量损失，这可能会表明某些未知粒子（可能是暗物质）正在逃离探测器。但到目前为止，还没有看到这样的结果。
但是暗物质在自然界中也应该存在，并且可能被大型重力井（例如地球，太阳和木星）在万有引力作用下捕获。随着时间的流逝，暗物质可能会在行星或恒星内部积聚，当密度足够高的时候，一个暗物质粒子可能会撞击另一个粒子，从而两者都会湮灭。 即使我们看不到暗物质本身，我们也应该能够看到这种碰撞的结果。它会以伽马射线的形式产生高能辐射。
费米伽马射线太空望远镜
图片来源：NASA（Wikimedia Commons）
说到这里就必须要提及美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜，该望远镜于2008年随Delta II火箭发射升空。十多年来，它一直在寻找宇宙中的伽马射线源。研究人员莱恩（Leane）和林登（Linden）利用该望远镜观察了木星，并对这颗巨行星的伽马射线活动进行了首次分析。他们希望看到木星内部暗物质湮灭而产生过量伽马射线的证据。
正如莱恩（Leane）解释的那样，木星的大小和温度使其成为理想的暗物质探测器。 “由于木星比太阳系中其他行星具有更大的表面积，因此它可以捕获更多的暗物质……您可能会好奇，为什么不利用更大且离地球更近的太阳呢？ 这就要提到木星的第二个优势，由于木星的核心比太阳的核心温度要低，所以它通过热能提供的能量更少，较轻的暗物质就不会从木星上蒸发掉。”
莱恩和林登对木星的初步研究尚未发现暗物质。但是，低能级伽马射线存在过量，这将需要更好的工具来进行研究。莱恩说：“我们在扩展费米伽马射线太空望远镜的极限来分析这样的低能级伽马射线。在未来我们将十分期待MeV伽马射线望远镜（例如AMEGO和e-ASTROGAM）发现木星伽马射线，特别是低能级伽马射线。也许木星还有更多秘密等待发现……”
左上图片为木星周围45度区域内的伽马射线计数
右上图片为当木星不在时天空的同一部分（背景）的伽马射线计数
左下图片为减去背景时剩余的伽马射线计数
右下图片为费米伽马射线太空望远镜拍摄的木星的大小和位置。如果产生过量伽玛射线，则左下角的图片中木星的位置应该亮起。尽管它在较低能级下会在图片中显示出来，但在观测到的能级下没有，仍需要使用新的望远镜进行进一步观察
图片来源：丽贝卡·莱恩（Rebecca Leane）和蒂姆·林登（Tim Linden）
AMEGO和e-ASTROGRAM望远镜都仍处于概念阶段，但它们很可能成为我们寻找暗物质的有力工具，而木星则是我们寻找暗物质的有力观测目标。
莱恩（Leane）和另一位同事尤里·斯米尔诺夫（Juri Smirnov，俄亥俄州）认为，也可以使用类似的技术来寻找类似木星的系外行星或温度较低的褐矮星中的暗物质。
靠近银河系中心的系外行星和褐矮星，那里暗物质的密度较高，暗物质湮灭频繁，因此，在红外波段这些天体应比远离银心的更热。詹姆斯·韦伯太空望远镜也许能够对足够多的行星进行红外勘测，以证实这一理论。
无论是在系外行星中还是在我们自家附近的木星中发现暗物质存在的证据，这都意味着我们对宇宙的建模向前迈出了一大步。两者均无法保证，但绝对值得一试，目前科学家们正在为这样的搜索做准备工作。
更多资讯：
https://arxiv.org/abs/2104.02068
https://arxiv.org/abs/2010.00015
责任编辑：郭皓存
牧夫新媒体编辑部
『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
星系、喷流与著名黑洞
Image Credit: NASA, JPL-Caltech, Event Horizon Telescope Collaboration
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