宇宙大爆炸后爆發的軸子星可以揭示暗物質 _宇宙

一幅插圖顯示了一個假想的軸子星，它可以照亮暗物質。（圖片來源:Robert Lea（與Canva共同創作））
據美國太空網（羅伯特·李）：發現高度不穩定和爆炸性的“軸子星”可以幫助科學家最終揭示宇宙中最神秘的物質:暗物質。
盡管暗物質約占宇宙質量的85%，但它實際上仍然不可見，因為它不與光相互作用。這也意味著它不可能由像電子和質子這樣的粒子組成，而電子和質子構成了聚集在一起形成恒星、行星、衛星和我們身體的原子。
這促使科學家們尋找可能真正解釋暗物質的難以捉摸的粒子。暗物質的主要嫌疑人之一被稱為“軸子”，這是1977年首次提出的輕質量粒子理論。新的研究表明，如果科學家尋找粒子可能聚集的區域，就可以找到軸子。潛在地，這樣的團塊可能已經創造了軸子星——具有爆炸性的結果。
“軸子是暗物質的主要候選者之一。研究小組成員、倫敦國王學院教授馬爾科姆·費爾貝恩在一份聲明中說:“我們發現，它們聚集成密集的團塊后，有能力像超新星和普通恒星一樣加熱宇宙。”“有了這些知識，我們就能更加確定地知道在野外哪里可以找到我們的儀器。”
暗物質之謎可能會被徹底揭開
暗物質可能不會與光子（與電磁力相關的粒子）相互作用，但它會與宇宙的其他四種基本力之一相互作用:引力。
事實上，當科學家意識到一些星系旋轉如此之快以至于與它們內部所有可見質量相關的引力不足以將它們保持在一起時，暗物質首先被發現。一定還有別的原因。此外，除了發現暗物質阻止星系分離外，科學家們現在認為，大多數（如果不是所有）大型星系都被暗物質暈所籠罩，這些暗物質暈遠遠超出了它們的可見圓盤以及恒星、氣體和塵埃暈。
這意味著如果暗物質是由軸子組成的，那么這些低質量粒子必須大量存在才能解釋這種觀察到的引力效應。這也意味著在某些區域軸子非常密集。在這些區域，由于量子物理定律的作用，軸子可能會開始一致行動。這可能導致星系中心的大量軸突形成軸子星。
然而，研究小組表示，這些軸子星不會像星系周圍的暗物質暈那樣長壽。

一幅插圖顯示了一個被暗物質暈籠罩的明亮螺旋星系。（圖片來源:ESO/L calada）
軸子星如果存在的話，一旦達到一定質量就會變得不穩定。這將導致恒星爆炸并釋放輻射。
研究小組認為這種輻射可能加熱了宇宙中第一批原子產生和第一批恒星形成之間的星系間氣體，大約在大爆炸后5000萬至5億年左右。
在被稱為重組時代的宇宙時代，電子與質子結合產生了第一個原子，這也意味著自由電子不再無休止地散射光子。因此，宇宙突然變得對光透明，這種“第一束光”現在可以以宇宙化石的形式看到，宇宙化石均勻地充滿了宇宙，這種輻射被稱為“宇宙微波背景”或“CMB” 。
這項研究背后的團隊認為早期宇宙中軸子星的爆炸可能會在CMB中留下印記。因此，使用被稱為21厘米測量的無線電波來搜索這一特征，可以確認暗物質的軸子性質。
費爾貝恩說:“相干軸子星，即使是那些相對致密的星，也有可能爆發出電磁光暈。”“了解軸子暗物質可以形成的結構類型及其對周圍星系間氣體的影響可以為探測它鋪平新的道路。
“能夠找到軸子可能會幫助我們解決一個世紀以來最大的科學問題之一，并有助于揭示早期宇宙的歷史。”
計算現有軸子星的數量最終可以揭示這些不穩定的暗物質聚集的全部爆炸潛力，并有助于解釋這些爆炸如何與星系間氣體相互作用。反過來，這將暗示CMB中隱藏的信號大小。
倫敦國王學院的研究員大衛·馬什說:“21厘米的測量通常被視為宇宙學的未來，它在尋找軸子方面發揮的作用是這一點的主要原因。”“目前正在建立的axion搜索數量激增，包括像暗物質無線電這樣的項目。作為一名天體物理學家，現在是一個非常非常激動人心的時刻。”
關于軸子星的研究發表在《物理評論d》雜志的一系列論文中。