科羅拉多大學(xué)博爾德分校的天體物理學(xué)家正在尋找來自遙遠(yuǎn)且極為強(qiáng)大的天體的光，以尋找宇宙中最難以捉摸的物質(zhì)：暗物質(zhì)。

在最近的兩項(xiàng)研究中，天體物理學(xué)和行星科學(xué)系的教授杰里米·達(dá)林(Jeremy Darling)對PSR J1745-2900進(jìn)行了深入研究。這個(gè)物體是一個(gè)磁星體，或者是一種坍塌的恒星，會產(chǎn)生令人難以置信的強(qiáng)磁場。

“這是我們所知道的最好的天然暗物質(zhì)探測器，”同樣也是博爾德大學(xué)天體物理與空間天文學(xué)中心(CASA)的達(dá)林說。

他解釋說，暗物質(zhì)是一種宇宙膠水，一種至今尚未發(fā)現(xiàn)的粒子，約占宇宙質(zhì)量的27%，并有助于像我們自己的銀河系一樣將星系結(jié)合在一起。迄今為止，科學(xué)家大多是使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來領(lǐng)導(dǎo)對這種隱形物質(zhì)的追捕。

達(dá)令在他的最新研究中采取了不同的方法：利用望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)，他凝視著PSR J1745-2900，看他是否能夠檢測到一個(gè)暗物質(zhì)候選物(一種叫做軸心的粒子)的微弱信號轉(zhuǎn)化為光。到目前為止，科學(xué)家的搜索是空的。但是他的結(jié)果可能會幫助在世界各地的實(shí)驗(yàn)室工作的物理學(xué)家縮小對軸的搜尋范圍。

達(dá)林說，這項(xiàng)新研究也提醒我們，研究人員仍然可以仰望天空，以解決科學(xué)中最棘手的問題。他本月在《天體物理學(xué)期刊快報(bào)》和《物理評論快報(bào)》上發(fā)表了第一輪結(jié)果。

他說：“在天體物理學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)了所有這些有趣的問題，例如暗物質(zhì)和暗能量，然后我們退后一步，讓物理學(xué)家解決它們。” “這是一個(gè)恥辱。”

自然實(shí)驗(yàn)

Darling希望在PSR J1745-2900的幫助下對此進(jìn)行更改。

這顆磁星繞銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞運(yùn)動(dòng)了不到一光年的距離。這是自然的力量：PSR J1745-2900產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度大約是地球上最強(qiáng)大的磁體的十億倍。

達(dá)林說：“磁場具有恒星所具有的全部磁場，但是它被壓縮到了大約20公里的范圍內(nèi)。”

這是達(dá)令去暗物質(zhì)捕撈的地方。

他解釋說，科學(xué)家還沒有找到一個(gè)單一的軸，這是1970年代首次提出的理論粒子。然而，物理學(xué)家預(yù)測，這些短暫的物質(zhì)可能是在宇宙的早期生命中以巨大的數(shù)目創(chuàng)造出來的，而且數(shù)量足夠大，足以解釋宇宙由暗物質(zhì)產(chǎn)生的額外質(zhì)量。根據(jù)理論，軸的重量比電子輕數(shù)十億甚至數(shù)萬億倍，并且與周圍環(huán)境的相互作用極少。

這使它們幾乎幾乎無法觀察到，只有一個(gè)大例外：如果軸通過強(qiáng)磁場，它可以轉(zhuǎn)換為研究人員從理論上可以檢測到的光。

科學(xué)家們，包括CU Boulder校園JILA的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，都利用實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的磁場來試圖捕捉這種轉(zhuǎn)變。達(dá)令和其他科學(xué)家有不同的想法：為什么不嘗試相同的搜索，而是進(jìn)行更大的搜索?

他說：“電磁是我們在宇宙中知道的最具磁性的物體。” “我們無法在實(shí)驗(yàn)室中接近這種優(yōu)勢。”

縮小

為了利用該自然磁場，Darling借鑒了新墨西哥州天文臺的Karl G. Jansky超大型陣列對PSR J1745-2900進(jìn)行的觀測。如果確實(shí)是磁星將軸轉(zhuǎn)化為光，那么變形可能會出現(xiàn)在坍縮恒星發(fā)出的輻射中。

這種努力有點(diǎn)像在一個(gè)非常大的大海撈針中尋找一根針。達(dá)林說，盡管理論家限制了重軸的數(shù)量，但這些粒子仍可能具有很大的質(zhì)量范圍。這些質(zhì)量中的每一個(gè)都會產(chǎn)生特定波長的光，幾乎就像暗物質(zhì)留下的指紋一樣。

達(dá)令還沒有發(fā)現(xiàn)來自電磁體的光中那些明顯的波長中的任何一個(gè)。但是他已經(jīng)能夠使用這些觀測值來探究在最廣泛的質(zhì)量范圍內(nèi)軸的可能存在的情況，這對他的第一次嘗試來說還不錯(cuò)。他補(bǔ)充說，這樣的調(diào)查可以補(bǔ)充基于地球的實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的工作。

康拉德·萊納特(Konrad Lehnert)表示同意。他參與了由耶魯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)(毫不奇怪，稱其為HAYSTAC)，該實(shí)驗(yàn)利用在全國各地實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的磁場來尋找軸突。

Lehnert解釋說，像Darling一樣的天體研究可以充當(dāng)尋找軸心的偵察員-根據(jù)磁雷達(dá)識別有趣的信號，然后實(shí)驗(yàn)室研究人員可以更精確地進(jìn)行挖掘。

CU Boulder和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)JILA的研究員Lehnert說：“這些控制良好的實(shí)驗(yàn)將能夠弄清哪些天體物理學(xué)信號可能來自暗物質(zhì)。” )。

達(dá)令計(jì)劃繼續(xù)自己的搜索，這意味著要更加靠近銀河系中心的磁星：“我們需要填補(bǔ)這些空白，并進(jìn)一步深入。”