太阳可能是暗物质粒子制造工厂(图)

 

据美国宇航局太空网报道，神秘的暗物质遍布整个宇宙，但其特性却是数十年来一直困扰天体物理学家的谜题。如今，一组科研人员开始对太阳内部展开研究，以探讨其最可能的成因之一，从而创造了首次有望破解这一谜团的机会。

十个小组全力寻找

人类一直认为，这种被称为暗物质的不可见东西，占据了宇宙中90%的空间。到目前为止，天体物理学家只是通过重力对恒星和星系的影响，推断出某些神秘物质的存在(例如，暗物质使星系的旋转比原本预期的要快)。

在人类假设中，暗物质的基本组成成份主要可能由两种粒子组成：即所谓的axions和WIMPs(即微弱反应大粒子)。目前有十个小组正在致力于找寻这种重量较大的WIMPs，其中GLAST小组就专门探寻假设WIMPs及其反物质自我相互消亡过程中会产生的伽玛射线。另有少数几个小组则致力于探寻重量较轻的粒子----axions。

在佛罗里达大学物理学家大卫.坦纳和其他科学家看来，无论从社会学角度还是从技术原因，WIPM小组的数量都远远多于axion小组。比如，WIMPs小组会吸引更多的天体物理学家的专业意见，另外，这一重量较大的大粒子也更让人浮想联翩。坦纳教授对SPACE.com表示，"WIMPs还意味着超对称性和超大尺寸，因此一旦被探测到，会给理论学者们提供大量的可研究空间，有很大的发展潜力。"

来自伯克利大学的X射线天文学家休.哈德森则率领一个小组进行axion研究，他表示，他们发现了一项极有前途的探寻axion的新方法：探查太阳内部。最近在圣路易斯召开的全美天文学年会上，哈德森发布了自己的研究成果。

太阳可能是暗物质粒子制造工厂

无论在电荷之下或是旋转之中，axion的重量都极轻，因此极难与宇宙中周围的物质相结合--即使在这种粒子存在的情况下。太阳被认为可能是制造这些暗物质粒子axions的工厂，具体的想法是：当太阳核心的光量子受到磁场吸引时，他们就会变成axions。由于微粒子只是偶而会与普通物质发生相合作用，因而很容易就会飞越太阳的核心部分，一路畅通地到达由其它粒子组成的太阳表层。一旦到了太阳光环之上，这里的太阳磁场是非常之强的，axions会再度变回成光量子。

哈德森小组希望，通过能够观测到太阳X射线的三大卫星--Yohkoh、RHESSI和 Hinode的现有设备能找到这些光量子。哈德森表示，到目前为止的X射线影像已经显示出发现了axion信号。他整个小组成员希望，通过综合大量的映像信息产生更强的潜在的复合信号，进一步增强其探索的灵敏度。这一复合映像可以帮助天体物理学家们去除所谓的背景噪音，它可能是由任何其它物质生成的，而决不是axions。

探寻工作全面展开

另外的axion研究者都是以地面为基础的。位于日内瓦的欧洲粒子物理研究所内有一架Axion太阳望远镜，其目的就在于从太阳超热的核心探寻出 axions。假设，axions碰到了天文望远镜的无电阴磁极(联合磁场)。由于受到磁场的作用，axions会再重新变成光量子，使用X射线探测仪就能监控到这些光量子所发出的X射线信号。

加利福尼亚劳伦斯.利弗默国立实验室进行了Axion暗物质实验，天体物理学家卡尔.范.比伯及同僚们希望能生成出他们自己的axions。他们制造出强烈的磁场，希望能探测到由axion衰减成单一、真正的光量子时发出的微波信号。范.比伯表示，"axion的重量如此之轻，以致于在自由空间时不会衰减成两个光量子。不过，也可以搞个有趣的把戏：如果我将一个光量子发射到磁场之中(你可以把后者想像成一片虚光子之海)，一个真正的光量子和一个虚光子可以相互作用生成一个axion，反之亦然。"

悬而未决的成果

不管是由axions构成也好，由WIMPs组成也罢，甚至由其它东西组成，这一不可见的物质似乎是无处不在。坦纳表示，"该行业人士都认为在宇宙和我们的星系中，有一种组成暗物质的未知粒子。各大星系都有由暗物质形成的晕轮，因此它们的体积看起来都比自身实际的发光实体要大得多。"

如果哈德森或其它小组要进行axions研究，那么即使声称暗物质是由前者组成也不会立即获得广泛认同。以一事为例，即使有证据表明axions确实存在，也无法否认WIMPs没有存在。范.比伯表示，"我们生活的这个宇宙就象一个类似鸡尾酒的世界，其中可能由90%的WIMPs和10%的axions 组成，也可能两者的比例相当、各占一半，也可能是其它的情况。"

当然，这一切不是唯心而定的。坦纳表示，"目前还没有人知道真相，也没有人敢独断地称自己的暗物质理论是唯一正确的。我们不希望有成百上千种暗物质理论出台，因为这只能让问题愈加复杂糊涂。"

就像一次恋爱

尽管在探寻暗物质这一课题上，天体物理学家们意见不一，但却无一例外地对前景持乐观态度。范.比伯在接受电话采访时表示，"我认为，谁不乐观谁就不可能成功，我绝对抱乐观态度。我甚至希望，某一天电话铃响了，对方张口就说‘你听说某某某发现axion了吗？'会有人想出我们现在还没有想到的妙招的。我随时做好有突然发现的准备，因为能有意外之喜也确实不错。"他将自己对axion的研究比作陷入爱河，"从个人角度讲，这就像一次恋爱，陷于其中不能自拔，我已经爱上它20年了。"

对哈德森来说，太阳axions是一项荣誉，是揭开太阳内部秘密的通道。他说， "如果能利用axions，对太阳物理学和恒星物理学都是一次重大革命。一旦得以实现，将发现太阳内部的奥秘。通过对axions转换至光量子这一过程的研究，也能在太阳光环的磁场有所发现。"举例来说，axions能帮助天体物理学家们更精确地测量太阳内核的温度。