“颶風”向太陽系襲來暗物質構成粒子會被找到?
發生在遙遠距離的星系碰撞所產生的影響,可能很快會幫助人類尋找到構成暗物質的神秘粒子。太陽係正在穿過一個被銀河吞噬的星系,這增加了探測來自它的暗物質的可能性。銀河甚至所有的星系,都是在一個巨大的光暈中形成的,這個光環由一種叫做暗物質的無形附加物質組成,它的重量是可見物質的五倍多。
太陽系圍繞銀河系的運動,使它以每秒230公里的速度穿過暗物質光暈。因此,在我們看來,暗物質是一種高速的“風”。
去年,歐洲航天局蓋亞(Gaia) 衛星探測了太陽系附近恆星的運動,發現了一條此前不為人知的的流狀物“S1”,這是一個小矮星星係被銀河系吞噬的痕跡。現在,由西班牙薩拉戈薩大學的恰蘭·奧黑爾(Ciaran O’Hare)負責的一項研究發現,來自該小矮星星系的相當於100億個太陽質量的暗物質正沿著S1直接向太陽移動。
這種暗物質將以每秒500公里的速度襲擊太陽和來自地球的任何探測器,這一速度比標準暗物質風要快得多。奧黑爾和他的同事稱這為“暗物質颶風”。
這項研究探索了構成暗物質的、目前尚不為人類所知的幾種流行候選粒子,以檢測這種颶風如何直接地對探測實驗產生影響。
標準情況下,幾倍到數百倍於質子質量的一個弱相互作用重粒子(簡稱“WIMP”),與原子碰撞將會產生怎樣的核衝擊力量。目前,這是幾個碘化鈉晶體和液化氙探測器的探測內容之一。
奧黑爾和他的同事們研究桑福德地下研究所的LZ(LUX-ZEPLIN)實驗發現,這種被稱作“S1”流體中暗物質的構成成份如果達到10%,它可能強於標準風,並且這種重粒子質量將是質子質量的5到25倍。
LZ實驗是由大型地下氙(LUX)項目和液態惰性氣體閃光實驗(ZEPLIN)合併後,組建的直接探測WIMP的美國能源部一個官方實驗項目。
桑福德地下研究所是美國最深的地下物理實驗室,坐落於南達科他州布萊克山,由廢棄的金礦改建而來。就全球而言,該研究所也是利用液化氙探測器進行暗物質探測研究的實驗室之一。在桑福德地下研究所進行的LZ實驗,被稱為世界三大直接探測暗物質粒子實驗中靈敏度最高,有望最先捕獲暗物質中弱相互作用重粒子的實驗。
奧黑爾和他的同事在研究內容中寫道,和標準暗物質風一樣,當該“S1”流體“迎面撞擊太陽系”時,它的反旋轉結構將大大增加來自天空中暗物質出現的數量。事實上,它應該會產生類似旋風結構的“環”,這可能在未來很容易被定向暗物質探測器所探測。
被稱為軸子的外來暗物質粒子的情況,在該颶風最引人注目的跡像中被發現。作為構成暗物質的超級候選粒子,軸子在強磁場下可以轉換成光子,這迅速引起全球範圍暗物質科學研究者的關注。
不管這個難以捉摸的粒子是什麼,其探測進展自從“S1”被發現以來已經有了改善。奧黑爾和他的同事表示,洶湧而來的這一颶風將大大增加暗物質探測的進展。