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星系團碰撞可以用作暗物質探測器嗎？

星系團


星系團碰撞可以用作暗物質探測器嗎？


星系團abell 1689的視圖，其中有紫色星系和明亮的恒星，沒有顯示其巨大的暗物質含量（圖片來源：美國國家航空航天局）
據美國太空網（Robert Lea）：眾所周知，暗物質是反社會的，拒絕與光和“正?！蔽镔|相互作用，使其實際上是隱形的 。但科學家們不確定的是，暗物質是否會與自身相互作用 。
如果組成暗物質的任何粒子都通過碰撞甚至相互湮滅進行自我相互作用，新的研究表明，星系團可以用作天然的暗物質對撞機 。這種暗物質探測方法將取決于這兩個巨大的星系群相遇并相互碰撞 。
由于這些星系團充滿了暗物質，天文學家可以檢查這些宇宙碰撞點，以發現暗物質與自身相互作用的可能跡象 。
雖然這樣的線索不能確切地告訴我們什么粒子構成了暗物質，但它將有助于消除不允許自我相互作用的暗物質模型，使研究人員更接近真正的暗物質候選者 。
東北大學物理學助理教授杰奎琳·麥克萊里在一份聲明中說：“星系團也由暗物質主導 ?！??！八鼈?0%到90%的質量是暗物質，物體的質量越大，組成暗物質粒子的運動速度就越快 。你本質上是在研究高能碰撞 ?！?br>暗物質粒子是反社會的“宇宙幽靈”嗎
缺乏相互作用是使暗物質如此難以理解的一件事 。盡管暗物質占物質宇宙的80%以上，并提供了阻止星系飛散的引力影響，但暗物質實際上是不可見的，因為它不與光相互作用 。同樣，暗物質粒子像宇宙幽靈一樣穿過物質粒子 。
這些反社會特性使科學家們意識到 ， 暗物質不能由電子、質子和中子組成的原子組成，這些原子確實與光相互作用 。這引發了對可行的暗物質候選粒子的尋找 。
麥克利里說：“宇宙中的一切都是粒子、波和場，所以基線（假設）是暗物質必須是粒子 。” ?！皢栴}是 ， 什么樣的粒子，作為‘粒子’是非常模糊的 ?！?br>候選粒子的范圍從假想的“弱相互作用大質量粒子”或“WIMPS”到“大質量致密光環物體”或“MACHO”（我們看到了，科學家們），再到被稱為軸子或無菌中微子的微小、幾乎無質量的粒子 。即使是大爆炸留下的微小黑洞，也被稱為原始黑洞，被認為是暗物質候選者 。
問題是，所有這些嫌疑人都沒有被發現，因此仍然是令人沮喪的假設 。

星系團碰撞可以用作暗物質探測器嗎？


一張餅圖顯示了宇宙中暗物質是如何超過“普通”物質的，這些物質包括我們周圍看到的一切 。（圖片來源：Robert Lea（與Canva共同創建））
暗物質的幻影般的性質意味著我們不能僅僅將暗物質粒子裝入地球上的粒子加速器，如大型強子對撞機（LHC），將它們粉碎在一起并確定它們的組成 。
因此，盡管大型強子對撞機通過分解質子并觀察隨之而來的粒子陣雨 ， 破解了所謂的“粒子物理學標準模型”的一些秘密，但位于該模型之外的暗物質似乎不適合世界上最強大的粒子加速器 。
我們能夠真正推斷暗物質存在的唯一方法是通過它似乎參與的一種相互作用 。暗物質有質量，因此它扭曲了時空（時間和空間的四維統一），這賦予了它引力影響 。
這種影響可以告訴日常物質和光如何移動，我們可以檢測到這一點 。正是通過這種間接的方法，我們知道星系被巨大的暗物質暈所包圍，并且暗物質在星系核心附近也大量存在 。
科學家們還提出理論，當星系以巨大的星團聚集在一起時，這是巨大的看不見的暗物質卷須在宇宙中傳播的結果 ， 就像宇宙蜘蛛編織的看不到的網一樣 。這個宇宙網也有助于單個星系聚集質量并生長，因為它的引力影響會吸引普通物質 。

星系團碰撞可以用作暗物質探測器嗎？


一幅插圖顯示了一個被宇宙中看不見的暗物質網困住的星系 。（圖片來源：Robert Lea（用canva創作））
麥克利里及其同事建議放棄人造粒子加速器，轉而使用天然粒子加速器 。他們認為，如果星系團和攜帶的暗物質以足夠的力碰撞，可以發生可檢測的暗物質相互作用——如果暗物質確實與自身相互作用的話 。
這些相互作用可能很簡單，就像暗物質粒子相互碰撞和反彈一樣 ， 也可能導致相互湮滅和能量閃光 。當粒子和反粒子——比如電子及其被稱為正電子的反粒子——相遇時，它們會相互摧毀，并釋放出它們所包含的能量 。一些暗物質模型表明，它是自己的反粒子，這意味著一種相互作用形式可能是兩個暗物質粒子相遇時引起的自湮滅 。
為了驗證這一想法，該團隊在足夠強大的計算機上創建了星系團碰撞的模擬，以檢查碰撞到粒子-粒子相互作用 。這需要用恒星、氣體和暗物質之間相互作用的物理模型對模擬進行編程 。
通過使用這種模擬和其他類似的模擬，科學家們可以建立一個觀察真實暗物質碰撞的路線圖 。從那里，研究人員可以收集線索，幫助他們確定假設的暗物質粒子需要具備的一些基線特征 。這可能會縮小暗物質嫌疑人的范圍 。
麥克利里說：“如果你能測量一些自我相互作用，或者你能設定一些上限，那么你就排除了暗物質可能存在的粒子類別 ?！??！叭绻銣y量一些自我相互作用，那么你就會引入另一類粒子 。你允許另一類理論 。
“這篇論文還說，如果你研究一組正在合并的星系團 ， 比如說100個星系團，你就有機會將暗物質的自我相互作用測量到某個閾值 ?！?br>麥克利里總結道：“起初這似乎違反直覺，因為我們總是想要一個肯定的答案：這是什么？” ?！暗谶@種情況下，我們不得不說，這不是什么？這是一個消除的過程 ?！?br>該團隊的研究于4月發表在《皇家天文學會月刊》上 。