宇宙中暗物質的丰度是普通物質的五倍。但它仍然是一個謎,因為它不可見,並且幾乎總是直接穿過普通物質。天文學家只是透過推斷其引力來發現暗物質的存在——值得注意的是,它阻止了旋轉星系分崩離析。然而,天文學家可能想要把目光投向更近的地方,而不是凝視遙遠的星系來研究它:暗物質可能正在我們的太陽系中產生可測量的影響。
理論物理學家斯蒂芬·阿德勒(Stephen Adler)是新澤西州普林斯頓高等研究院的學者,他堅持認為,研究人員應該特別關注地球和月球。他解釋說,如果地球和月球一起測量的質量似乎大於它們各自質量的總和,那麼這種差異可能歸因於它們之間存在的暗物質暈。
阿德勒部分是在研究了用月球軌道飛行器測量月球質量以及用LAGEOS大地測量衛星測量地球質量的研究後得出這一結論的——
雷射束反射球體,這些球體已經在軌道上執行多年。向衛星發射雷射可以揭示每顆衛星軌道的半徑以及每顆衛星完成軌道所需的時間。透過這些測量,科學家可以計算出衛星受到的引力,從而計算出產生該引力的質量大小。
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接下來,阿德勒研究了用雷射反射阿波羅登月任務在月球上放置的反射鏡來測量地球到月球距離的研究。如果地球對月球的引力異常強於對大約12300公里外的LAGEOS衛星的引力,而月球大約在384000公里外,那麼這種額外的引力可能歸因於月球和人造衛星之間的暗物質暈。根據當前的資料,阿德勒在10月17日出版的《物理學報A》上估計,地球和月球之間最多存在約24萬億公噸的暗物質。他補充說,這樣的暗物質暈可能解釋了先驅者號、伽利略號、卡西尼號、羅塞塔號和近地小行星探測器任務航天器的軌道異常現象。
阿德勒還推測,暗物質可能對我們太陽系中的四個氣體巨星——木星、土星、天王星和海王星產生顯著影響。如果這些巨大的行星引力捕獲了暗物質,那麼暗物質粒子可能會撞擊它們——這是罕見的事件,但足以加熱氣體巨星,並解釋為什麼這些行星(甚至地球)的內部似乎比已知的機制所能解釋的更熱。這也可能解釋為什麼天王星看起來異常寒冷——這顆行星異常傾斜,可能是由於巨大的撞擊造成的,阿德勒推測,這次撞擊可能已經撞掉了通常可能加熱天王星的大部分暗物質雲。
波特蘭大學的理論天體物理學家伊桑·西格爾(Ethan Siegel)評論說,暗物質可能對行星的加熱也可能為這種物質的未知特性提供線索——例如,它與普通物質碰撞的頻率,或者暗物質是聚集在恆星和行星周圍,還是均勻地分佈在整個星系中。例如,如果暗物質粒子是它們自身的反粒子,正如一些研究人員所推測的那樣,那麼當它們相互湮滅時釋放的能量將比僅僅與原子碰撞更強烈地加熱行星。這種情況意味著暗物質在我們的太陽系中不能聚集太多,否則太陽系會熱得多。
加州理工學院的天體物理學家安妮卡·彼得(Annika Peter)對暗物質正在改變行星的熱量持懷疑態度,她說這需要“極其不切實際的暗物質量”。俄亥俄州立大學的天文學家安德魯·古爾德(Andrew Gould)也懷疑太陽系中會聚集太多暗物質——他認為,與行星的引力相互作用應該主要將其 eject 出去,就像它們清除了太陽系中大部分原始普通物質一樣。不過,西格爾認為,當太陽系穿過星系時,它可能會吸積額外的暗物質。
到目前為止,太陽系中是否存在任何暗物質仍然像它在其他地方的存在一樣神秘。“如果地球周圍有一個暗物質暈,就像範艾倫輻射帶或土星環一樣,那將非常令人著迷,”阿德勒說——因為這樣研究人員可能會更容易揭開這種既普遍又難以捉摸的物質的神秘面紗。
狗仔物理學
物理學家非常渴望獲得任何關於暗物質的新資料,以至於有些人會不顧一切地抓住任何線索。今年早些時候,有傳言稱,2006年發射的PAMELA衛星任務的最新結果揭示了暗物質與普通物質的相互作用。但負責該任務的研究人員沒有分享他們的發現,只是在會議上展示了一些幻燈片。
儘管如此,這些驚鴻一瞥對於法國吉夫-敘爾-伊薇特理論物理研究所的馬可·西雷利(Marco Cirelli)以及其他研究人員來說已經足夠了。他們拍攝了8月20日在斯德哥爾摩舉行的PAMELA簡報的照片。(西雷利指出,他是經演講者許可這樣做的。)
到目前為止,西雷利和其他人已經發布了超過六篇線上論文,引用了這些幻燈片。一些科學家譴責這種狗仔物理學,擔心這可能會危及該資料在期刊上的發表;一些人則為之辯護,因為這些資料是 благодаря 公共資金獲得的。
注:本文最初以標題“鄰近的黑暗”印刷。