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Jul. 10 2024

在地球電離層中可能隱藏著暗物質的關鍵秘密

  • 由太陽放射出的帶電粒子與大氣原子,在電離層相互碰撞並產生極光。而最新的研究結果認為,這裡或許是尋找暗物質的最佳地點。影像來源:Space.com

    由太陽放射出的帶電粒子與大氣原子,在電離層相互碰撞並產生極光。而最新的研究結果認為,這裡或許是尋找暗物質的最佳地點。影像來源:Space.com

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根據最新理論研究顯示,地球可能正浸泡在暗物質中。以波動性質表現為主的暗物質海浪正拍打著地球高空的稀薄大氣,進而發射出可檢測到的無線電波,讓天文學家最終能夠找到此宇宙中最難以捉摸的物質。

至目前為止,從星系難以解釋的旋轉曲線到宇宙中最大天體結構-宇宙網,大量的觀測證據都顯示暗物質確實存在。天文物理學家曾經嘗試由重力公式解釋上述觀測結果,但是都失敗了。因此絕大多數天文學家認為暗物質是某種未知形式的物質,而且幾乎不會與光或正常物質交互作用。

之前科學家們普遍認為,暗物質可能是由大質量粒子所組成,但是依循此方向發展的觀測與搜尋至今一無所獲。因此有部分天文物理學家提出另一種完全相反的概念,暗物質粒子的質量極小,像是軸子(axions),或是一種具有微小質量的光子。由此類粒子所組成的暗物質,會比目前所知最輕盈粒子物質的質量再小上數百萬倍,因此暗物質的波動性質將遠較粒子性質明顯,表現出來就像是宇宙海洋中的波浪。

研究團隊計算模擬出這種並非完全黑暗的超輕盈暗物質模型,發現它與正常物質的交互作用非常微弱,在大多數的情況下微弱到幾乎無法被偵測到。但是在極少數情況下,當暗物質接觸到電漿,如果暗物質的波動頻率和電漿的波動頻率相同,所產生的共振效應將會交互放大這兩種物質的振幅,最終將發射出可被觀測到的無線電波。

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電漿在宇宙中無所不在,所有恆星向太空吹出的恆星風本身就是一種電漿。所以天文學家曾經探測日冕和恆星形成區,看看是否能發現此種無線電波。現在研究團隊將目標轉向離地球最近的交互作用區域,也就是地球大氣的電離層。團隊認為電離層中某種頻率的波可能正和暗物質波相互作用,如果用精確調整在特殊頻率的高性能無線電天線,持續觀測電離層一年的時間,或許能有所發現。

這將是一個長遠的研究挑戰目標,以此形式存在的暗物質是高度理論化的,或許需要數年甚至數十年的時間,才能將搜尋這些無線電波的觀測技術發展成熟。但如果這是正確的研究方向,它將成為一座學術金礦,讓我們能夠在自家門口研究宇宙中最神秘的物質之一。

 

資料來源: Space.com

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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