宇宙中星系間的氣體比它應該的溫度要高一點 “暗光子”可能是罪魁禍首
來源：骨軟筋酥網
時間：2025-12-09 07:29:53
一個中心有大量暗物質（紫色覆蓋層）的星系。（圖片來源：NASA Goddard）
（神秘的宇宙應該地球uux.cn）據美國太空網（Paul Sutter）：觀測表明，我們宇宙中的中星星系間氣體比它應該的溫度要高一點。
最近，系間一組天體物理學家利用復雜的氣的溫度高點計算機模擬提出了一個徹底的解決方案：一種被稱為“暗光子”的奇特形式的暗物質可能正在加熱這個地方。
這些奇怪的體比粒子將是一種新的第五種自然力的載體，這是魁禍正常物質所不經歷的，但偶爾這些暗光子會翻轉它們的暗光子身份，成為常規光子，宇宙應該提供熱源。中星
感覺中立
我們可以通過使用被稱為萊曼阿爾法森林的系間觀測星系間氣體來發現這樣的暗光子。當我們觀察到來自遙遠明亮物體的氣的溫度高點光時，比如類星體（由遙遠星系中心的體比黑洞提供能量的發光物體），來自遙遠物體的魁禍光在原本平滑的光譜中存在一系列空隙。
這就是暗光子為什么：光必須穿過數十億光年的氣體才能到達我們。偶爾，光會穿過相對密集的中性氫束——一種由一個質子和一個中子組成的氫束，并滲透到整個宇宙的氣體云中。
大部分光將不受影響地通過，但一種非常特定波長的光將被吸收。該波長對應于將電子從氫原子內部的第一能級撞擊到第二能級所需的能量差。
當天文學家觀察來自該物體的光時，除了特定能量躍遷波長處的間隙（稱為萊曼-阿爾法線）外，它在其他方面看起來并不起眼。
來自遙遠物體的光將穿過多個云和中性氫束。宇宙的膨脹導致間隙紅移到不同的波長，新的間隙出現在不同的波長上，這取決于到特定氣體云的距離。這樣做的最終結果是“森林”：光譜中的一系列線條和空隙。
這里很熱
這些萊曼-阿爾法間隙也可以用來測量每個氣體云的溫度。如果中性氫完全靜止，那么間隙將呈現為一條令人難以置信的細線。但是如果單個分子在運動，那么由于這些分子的動能，間隙會變大。氣體越熱，分子的動能越多，間隙越寬。
在11月發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上的一篇論文中，一組天體物理學家指出，通過使用這種方法，散布在星系之間的氣體云似乎有點過熱。對這些氣體云演化的計算機模擬預測，它們比我們觀察到的要冷一點，所以也許有什么東西在加熱那些目前在我們的天體物理模擬中沒有考慮到的云。
研究作者聲稱，這種差異的一種可能解釋是宇宙中存在“暗光子”。這是一種非常假設的暗物質，一種神秘的、看不見的物質，約占宇宙總質量的80%，但似乎不與光相互作用。
由于天文學家目前還不了解暗物質的身份，因此該領域對于它可能是什么有很大的可能性。在這個模型中，暗物質不是由不可見的粒子（例如電子的幻影版本）構成的，而是由一種新的力載體（即，介導其他粒子之間相互作用的一種粒子。
溫暖而模糊的黑暗
我們熟悉的光子是電磁力的載體，它創造了電、磁和光。暗光子將成為一種新的自然力量的力量載體，這種力量在通常情況下不會以通常的尺度運行（例如，在我們的實驗室或太陽系內，否則我們就已經觀測到了）。
根據研究作者的說法，暗光子的質量仍然很小，因此它們仍然可以解釋暗物質。此外，由于它們是力載體，它們也可能相互作用，并與其他潛在的暗物質粒子相互作用。在天體物理學家團隊研究的模型中，暗光子還有一個妙招：它們偶爾會變成常規光子。
從物理學的角度來說，暗光子可以與常規光子“混合”，很少交換身份。當他們這樣做時，新創建的光子繼續做常規光子總是做的事情：加熱物體。研究人員首次對宇宙的演化進行了模擬，包括這些鬼鬼祟祟的變形暗光子的影響。他們發現，暗光子質量和轉變為規則光子的概率的特定組合可以解釋加熱差異。
對于暗光子的存在，這一結果遠非一蹴而就。一系列的可能性也可以解釋萊曼阿爾法結果，比如不準確的觀測或對星系之間（正常）天體物理加熱的理解。但這是一條有趣的線索，其結果可以作為繼續探索這一奇異想法可行性的跳板。
