根據一項新的理論研究,地球可能正在暗物質的海洋中游泳——在這個看不見的海洋中,波浪與我們星球的高層大氣相碰撞,可能會產生可探測的無線電波,從而使我們最終找到宇宙中這個難以捉摸的組成部分。
大量的天體物理學和宇宙學證據表明暗物質的存在,從某些星系令人費解的旋轉曲線到宇宙中最大結構的生長。試圖用不同的引力公式來解釋這種廣泛的觀測結果都失敗了,所以絕大多數天文學家認為暗物質是某種未知形式的物質,很少與光或正常物質相互作用。
但這是一個非常寬泛的概念,包含了很多可能性。暗物質可能是由大質量粒子組成的,但對這類粒子的搜索基本上是徒勞的。因此,另一種有趣的解釋是,暗物質非常輕,要么是以被稱為“軸子”的理論粒子的形式存在,要么是以一種攜帶一定質量的奇異光子的形式存在。
暗物質比已知最輕的粒子還要輕數百萬倍,具有令人難以置信的亮度,可以以非常奇怪的方式發揮作用。特別是,暗物質的表現更像是在宇宙中晃動的大波,而不是單個的點狀子彈。
在最近發表在預印本服務器arXiv上的一項研究中,物理學家探索了超輕暗物質的模型,這種模型并不完全是暗的,這使得它很少與正常物質相互作用。大多數時候,這些相互作用幾乎沒有記錄下來,沒有產生任何可檢測到的東西。但在極少數情況下,暗物質和正常物質的相互作用足以產生相當數量的無線電波。
當暗物質波的頻率與等離子體波的頻率一致時。該團隊的模型表明,當這種情況發生時,會發生共振,放大相互作用并以無線電波的形式產生輻射。
宇宙對等離子體并不陌生——所有的恒星都以恒星風的形式向太空噴射等離子體——所以理論家們已經探索了由于暗物質與太陽日冕或星際介質等環境相互作用而產生的無線電波。但在這項新研究中,科學家們發現了一個離地球更近的相互作用點:地球的電離層。
地球的電離層是上層大氣中薄而熱的一層,它由電離(帶電)粒子的松散集合組成——一種等離子體。它自然會有波浪在其中晃動,研究人員發現,這些波浪可以與可能沖刷地球的假想暗物質波相互作用。
這種相互作用產生的無線電波幾乎無法探測到。但研究人員發現,通過使用精心調諧的無線電天線,在一年的時間里搜索特定頻率的無線電波,他們可能能夠探測到這些電波。
這個想法特別有希望,因為地球的電離層比其他暗物質產生的無線電波有幾個優勢。首先,電離層自然地反射來自更深空間的許多無線電波,使其相對較少污染信號。其次,電離層就在我們的正上方,很容易進入,而且已經是不斷監測和研究的對象。
希望渺茫。這種形式的暗物質是高度理論化的,如果不是幾十年,也需要幾年的時間來完善觀測技術,以搜索這些無線電波。但如果成功了,它將是一座金礦,讓我們能夠研究宇宙中最神秘的元素之一,就在我們的宇宙門口。