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暗物质粒子的小部分是否携带电子迷你充电?

日期:2019-04-15 来源: 评论:

[摘要]一对天体物理学家正在为构成大部分宇宙的隐形材料提出一个新模型:一小部分(小于1%)的暗物质颗粒可能会产生微小的电荷 - 比一小部分小一百万倍。对电子充电。这位艺术家的印象展示了宇宙的演变,从左边的大爆炸开始,接着是宇宙微波背景的出现。第一颗...……

一对天体物理学家正在为构成大部分宇宙的隐形材料提出一个新模型:一小部分(小于1%)的暗物质颗粒可能会产生微小的电荷 - 比一小部分小一百万倍。对电子充电。

这位艺术家的印象展示了宇宙的演变,从左边的大爆炸开始,接着是宇宙微波背景的出现。第一颗恒星的形成结束了宇宙的黑暗时代,随后形成了星系。图片来源:M. Weiss / Harvard-Smithsonian天体物理中心。

“你听说过电动汽车和电子书,但现在我们谈论的是电动暗物质。然而,这种电荷是最小的尺度,“ 哈佛大学的主要作者Julian Munoz博士说。

Munoz博士和他的合着者,哈佛 - 史密森天体物理中心的Avi Loeb教授探讨了带电的暗物质粒子通过电磁力与正常物质相互作用的可能性。

他们的工作发表在“ 自然 ”杂志上,与最近检测全球电离子签名时代(EDGES)协作实验的结果相吻合。

今年早些时候,EDGES科学家表示,他们已经检测到第一代恒星的无线电特征,以及暗物质与正常物质相互作用的可能证据。

与此同时,穆诺兹博士和勒布教授已经在研究其背后的理论基础。

“无论你如何理解EDGES结果,我们都可以用我们的研究来讲述一个基本的物理故事。暗物质的本质是科学中最大的谜团之一,我们需要使用任何相关的新数据来解决它,“勒布教授说。

故事始于第一颗发出紫外线的恒星。

根据普遍接受的情景,这种紫外线与位于恒星之间的气体中的冷氢原子相互作用,使它们能够吸收宇宙微波背景(CMB)辐射,即大爆炸的剩余辐射。

在此期间,这种吸收应该导致CMB的强度下降,这发生在大爆炸后不到2亿年。

EDGES小组声称可以检测到这种CMB光吸收的证据,尽管尚未得到其他科学家的独立验证。然而,EDGES数据中氢气的温度约为预期值的一半。

“如果EDGES在此期间检测到的氢气温度低于预期,那么可以解释一下吗?一种可能性是氢气被暗物质冷却,“穆诺兹博士说。

在CMB辐射被吸收时,与普通物质相关的任何自由电子或质子将以其可能的最慢速度移动(因为稍后它们被来自第一黑洞的X射线加热)。

带电粒子的散射在低速下最有效。因此,如果一些暗物质粒子带电,那么在此期间正常物质和暗物质之间的任何相互作用将是最强的。

这种相互作用会导致氢气冷却,因为暗物质很冷,可能留下像EDGES项目所声称的观察特征。

“我们正在通过来自宇宙黎明的可测量信号来限制暗物质粒子携带微小电荷的可能性 - 相当于电子的百万分之一。即使使用最大的粒子加速器,也不可能观察到这种微小的电荷,“勒布教授说。

只有少量具有弱电荷的暗物质可以解释EDGES数据并避免与其他观察结果不一致。

如果大部分暗物质被带电,那么这些粒子就会偏离我们的Mily Way Galaxy盘附近的区域,并且无法重新进入。这与观察显示大量暗物质位于银河系盘附近有冲突。

天体物理学家从CMB的观察中知道,质子和电子在早期宇宙中结合形成中性原子。

这些带电粒子中只有一小部分(大约几千个)保持自由。

穆诺兹博士和勒布教授正在考虑暗物质可能以类似方式起作用的可能性。

来自EDGES和类似实验的数据可能是检测少数剩余带电粒子的唯一方法,因为大多数暗物质都是中性的。

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