大爆炸宇宙黎明时的“暗光子”可能会照亮暗物质

摘要：暗物质粒子的数量比普通的日常物质多出，普通的日常物质包括恒星、行星、卫星、小行星、宇宙气体和尘埃云以及所有生物，大约是五比一。这意味着列出的所有这些事物——以及我们在宇宙和地球上看到的其他一切事物——占宇宙中物质的 15% 左右，而我们几乎不知道另外 85%

“宇宙黎明一直是我们理解宇宙中缺失的一章。”

在大爆炸后被称为“宇宙黎明”的时期观察暗物质和所谓的“暗光子”之间的相互作用，可能有助于揭示宇宙中最神秘、最令人不安的物质形式。

暗物质粒子的数量比普通的日常物质多出，普通的日常物质包括恒星、行星、卫星、小行星、宇宙气体和尘埃云以及所有生物，大约是五比一。这意味着列出的所有这些事物——以及我们在宇宙和地球上看到的其他一切事物——占宇宙中物质的 15% 左右，而我们几乎不知道另外 85% 到底是什么。

这个谜团在过去九十年左右的时间里一直存在的部分原因是，暗物质实际上是不可见的，因为它不像由原子组成的日常物质（本身包括电子、质子和中子）那样与光粒子或“光子”相互作用。

然而，科学家们提出，光子也可能有阴暗面。暗物质可能与这些所谓的“暗光子”相互作用，就像普通光子与由原子组成的物质相互作用一样。

现在，根据这种可能性，一组科学家提出，在大爆炸后的前 5 亿年，也就是宇宙黎明，暗光子和暗物质之间的相互作用可能在宇宙中留下了“标志”。

科学家们推测，这种特征可以在今天被检测到并用于研究暗物质的奥秘。

“暗光子是将电磁学概念扩展到'暗区'的理论粒子。它们类似于普通光子，但主要与暗物质而不是普通物质相互作用，“团队成员兼哥本哈根大学宇宙黎明中心副教授夏洛特·梅森（Charlotte Mason）告诉 Space.com。“暗光子、暗物质相互作用可能产生振荡——类似于声波——在大爆炸后不久就停止了。”

虽然暗物质不与光或普通物质相互作用的事实似乎表明它是某种宇宙幽灵，观察宇宙但被禁止干扰，但事实并非如此。

这种形式的物质在聚集第一个星系中发挥了关键作用。这意味着这些假设的相互作用，被称为“暗声学振荡”，可能隐藏着宇宙在暗物质影响下大规模演化的秘密蓝图。

暗物质不与光或普通物质相互作用，但它确实与引力相互作用，利用这种影响塑造空间结构。这会导致空间扭曲，进而影响光和普通物质。在现代，这种影响使科学家能够推断暗物质的存在，但正如梅森指出的那样，它在早期宇宙中起着更关键的作用。

这是因为，在这段时间里，人们认为第一个星系是在暗物质的“支架”内组装的。

“宇宙黎明是第一批恒星和星系形成的时候，是研究暗物质如何影响星系形成的最佳时机，”梅森解释说。“星系形成的方式以及形成的速度对暗物质的小尺度分布高度敏感。这使得 Cosmic Dawn 成为测试暗物质行为并可能更多地了解其特性的理想“实验室”。

“宇宙黎明一直是我们理解宇宙中缺失的一章。”

梅森补充说，多亏了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）等新技术和再电离氢时代阵列（HERA）、低频阵列（LOFAR）和平方公里阵列（SKA）等射电望远镜，科学家们终于开始探索这段宇宙历史。这是幸运的，因为宇宙黎明为现代宇宙中丢失的小尺度暗物质提供了独特的见解。

梅森说：“在这个早期阶段，星系的破坏性影响——例如超新星爆炸和气体被吹走——与宇宙历史的后期相比，没有那么明显。