暗物质在宇宙中的质量决定它对宇宙的影响

中子星将承担对暗物质的探测

中子星的密度是它对暗物质探测的关键。

深空中子星插图（来源：盖蒂创意）

天文学家不断努力寻找暗物质，如此难以捉摸的神秘的物质形式，主宰着宇宙的质量。一位天文学家提出，与其在地球上投入巨大而昂贵的实验室，应该尝试另一种寻找暗物质的方法:观察恒星。

多项独立的证据表明暗物质存在。尽管恒星的速度非常快，但某种力量使它们被束缚在星系内，不影响它们有张力的运动，大质量天体周围光的路径被扭曲。

据猜测，早在物质形成大规模宇宙结构之前，就有某种物质开始形成了。

这些“东西”目前都被贴上了暗物质的标签，绝大多数科学家认为暗物质是一种新的粒子，目前不包括在粒子物理学的标准模型中，并且逃避了直接探测，因为它几乎不可目测，

如果有的话，与光或物质相互作用。

在这张图片中，暗物质粒子穿过银河系的每一个角落，包括你现在坐的房间。这些粒子因为不可见而未被探测到。在几十年里，科学家们在地球上建立了巨大的实验室，试图捕捉到与暗物质粒子短暂的相互作用，无济于事。中心研究院(Academia Sinica)的天文学家阮通(Thong Nguyen)在一篇发表在预印本网络数据库arXiv上的论文中指出，大自然有自己的暗物质实验室，还更强大。

在标准的暗物质图像中，暗物质在早期宇宙中开始聚集，远远早于常规物质。占宇宙总质量不到20%的星系，相当于落入暗物质引力井的一些发光物质的口袋。可见，暗物质主要分布于星系的核心，其密度比太阳附近的暗物质高数千倍。

想要寻找暗物质，如果坚持在地球上进行实验，将会举步维艰，暗物质密度非常低。另一方面，也不可能把实验搬到25000光年外的银河系中心。如何直接寻找暗物质呢?

根据阮通的说法，答案是中子星，即大质量恒星在超新星爆发后留下的核心。在黑洞之后，中子星是宇宙中密度最大的物体;一颗典型的中子星将相当于两到三个太阳的物质塞进一个比曼哈顿还小的体积里。它们的密度如此之高，本质上相当于一英里宽的原子核。如果它们的密度再大一点，它们就会坍缩成黑洞。

中子星的密度是它探测暗物质的关键。暗物质和物质的相互作用很罕见(不然，它早已

经为人类发现)，它们并非无迹可寻。当这两种物质之间发生微小的、罕见的相互作用，它更有可能发生在中子星内，因为中子星里塞满了很多可以相互作用的东西。

星系中遍布可见中子星，在核心中尤其常见，也是恒星活动的蜂巢。有的物质正逐渐形成恒星，也有的相互作用着，它们结合产生恒星，也留下了许多残留物，比如中子星。事实上，银河系中心几光年的范围内，分布多达一千颗中子星。

暗物质能与普通物质相互作用，而与中子星相互作用中将失去能量。经历数百万年，大量的暗物质聚集在中子星内部。高密度的暗物质容易发生湮灭，即两个粒子相互作用过程中内部结构破坏、衰变，成为其他粒子，并产生中微子等，逃离中子星。在地球上，我们有许多中微子望远镜，比如位于南极洲南极的冰立方中微子天文台。阮通使用这些望远镜的公开数据搜索来自银河系中心的多余中微子信号。虽然他没有发现任何暗物质存在的确凿证据，但他能够通过限制暗物质与正常物质相互作用的能力。

虽然对暗物质缺乏全面的了解，诸如以上的发现，特别是涉及到将大自然作为测试实验室时，将有助于缩小搜索范围，并有希望揭示这种难以捉摸的粒子的身份。

BY:Paul Sutter

FY:jane

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