宇宙黎明暗光子：探秘暗物质的关键新线索

大爆炸后宇宙黎明的‘暗光子’为暗物质研究带来的一线希望

“宇宙黎明于我们对宇宙的理解是失落的篇章”

观测在大爆炸后一段叫“宇宙黎明”的阶段的暗物质和所谓“暗光子”有助于帮助解释宇宙那最神秘的物质形态

暗物质粒子数量比我们身边的一切事物，包括但不限于各种天体，气体尘埃的星云和所有活物，都多五倍。这意味着所有刚刚所列出来的东西，和任何我们可以在这个宇宙中看到的东西，仅仅构成了这个宇宙中15%的组成，且我们对其余的85%仍一无所知。

这个问题困扰了人们九十几年，究其原因，可能是因为暗物质不可见，因为暗物质不像组成一切我们目光所及之事物，即原子（又包含了电子，质子和中子），那样会跟光粒子，或者叫“光子”，相互作用。

但是，科学家们提出光子可能有与其相对的存在，即“暗光子”，暗物质像光子跟由原子物质相互作用一样跟暗光子相互作用

基于这个猜测，研究团队提出在大爆炸五百亿年后，这个时期也被称为宇宙黎明，暗光子和暗物质的相互作用可能在宇宙中留下了一些“特征”

科学家们建立了一套可以用来检测这些特征以及观测暗物质的理论

“暗光子是一种将电磁理论延申至‘黑暗’且理论上存在的粒子。它们和普通光子非常像，但是相比起跟普通物质而言更多是跟暗物质互动”哥本哈根大学宇宙黎明中心团队队员兼副教授，夏洛特-马松，告诉space.com。“暗光子和暗物质的相互作用可能引起了震荡，跟声波相似，并在大爆炸不久后停止了。”

暗物质不与光或普通物质相互作用可能会让它看起来像宇宙幽灵

这种形式的物质在聚集最初的众多星系时起到了关键作用。这意味着这种被称为“暗声子震荡”的理论相互作用可能暗藏暗物质影响宇宙大尺度演化的秘密蓝图

暗物质不跟光或者普通物质相互作用，但是可以跟引力相互作用，用其影响力塑造了宇宙的每一个角落。这导致了空间弯曲，并相应的影响了光和普通物质。现在这种影响给了科学家们推断暗物质出现的机会，但正如马松所指出，其在早期宇宙中还有更重要的作用

这是因为在这个时期，最初的星系们可能都被暗物质聚集在了一起

“宇宙黎明是最初的恒星和星系形成的那段时间，因此可以说是一个研究暗物质如何影响星系形成的最佳时期，”马松解释道。“星系们成型时的样式和形成速度对暗物质的小尺度分度高度敏感。于是宇宙黎明便成为了一个检验暗物质行为和研究其性质的理想‘实验室’”

“宇宙黎明于我们对宇宙的理解是失落的篇章”

马松补充道，得益于一些新科技，像詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和诸如再电离的氢时代阵（HERA），低频阵（LOFAR）和平方千米阵（SKA）这些无线电望远镜，科学家们最终得以开始这个时期的宇宙历史。宇宙黎明为暗物质消失在小尺度宇宙中提供了独特的视角

“在早期阶段，诸如超新星爆炸和被吹走的气体等等这些来自星系的极具破坏力的影响，相比起在后期宇宙史中的并不是特别明显，”马松说

如果暗光子在宇宙黎明时就存在，它们和暗物质相互作用可能留下关于星系形成的蛛丝马迹

“暗声子震荡为大爆炸后的密度波动注入了微小的涟漪，星系形成可能受到其因产生密度起伏区域而来的影响，并在来自大爆炸的初始波动上形成分层，”马松继续道。“众星系的形成速度和区域密度呈正比。”

“我们猜测，久而久之，随着这些波动因引力而演化，暗声子震荡的微妙影响会趋于平静，这才导致我们现在很难检测到它们，”马松解释道

团队的调查结果表明，在特定条件下，尽管这些信号之间存在微小差别，但一台无线电望远镜就已经足以区分这些差别和他们未来出现的痕迹

“我们发现，即便解释了星系形成背后的复杂物理原理，如果暗物质在特定尺度震荡，我们也可以在未来用HERA将它们找出来，”马松说。“前景非常好”

还是那句话，暗物质再次证明爱因斯坦的引力理论是对的

Space.com和暗宇宙在某种程度上一起成长

暗能量可能变弱，这代表宇宙可能终结于大坍缩

“HERA无线电观测还在继续，所以我们对于最终观测结果的模型解析还是非常期待的，”马松总结到。“暗物质作为宇宙最神秘的存在之一，任何新发现都非常有价值。”

团队的研究结果于2024年末在物理审查D期刊上发布

BY:Robert Lea

FY: 千空酱

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