暗物质探索是宇宙学研究中极为神秘的领域

(神秘的地球)据腾讯科学(罗辑):暗物质探索是宇宙学研究中极为神秘领域,暗物质占全宇宙质能的26%左右,目前科学家对暗物质的探索结果发现天体系统周围"遍布"暗物质,银河系周围存在大量的暗物质团,那么这些物质是由何种粒子构成的呢?目前的研究发现暗物质只通过引力与周围物质发生相互作用,不参与其他电磁作用,宇宙存在着大量的暗物质,最近有研究显示地球周围或存在一个巨大的暗物质晕,厚度可能接近200公里,另外太阳附近也被认为存在暗物质.

银河系周围也存在暗物质,此前有研究对银河系周围大约20个卫星天体集群进行观测,发现它们散布在一个较为完整的平面上,该平面与银盘形成了一个不偏不倚的角度,银河系卫星星系分布不寻常的现象被认为与暗物质有关.银河系中央附近也出现过疑似暗物质粒子的踪迹,美国国家航空航天局的费米空望远镜巡天观测到可能由大质量弱相互作用的粒子碰撞产生的伽玛光子,形成了特殊的"光束".在一次费米空间望远镜专题讨论会上指出,暗物质粒子可能在130GeV左右,费米空间望远镜升空以来已经被用于多个领域的观测,其中包括对脉冲星和超大质量黑洞的发现任务,探索此类天体与伽玛射线之间的关系以及暗物质粒子的可能踪迹.

目前探索暗物质方法有多种,比如采用惰性液体探测器、低温探测器,进行暗物质搜索实验需要排除其他干扰,由于暗物质粒子与其他粒子之间的相互作用极为微弱,因此意大利大萨索山进行的CRESST II实验就是使用了大山作为屏蔽体,极厚的岩石可稍弱宇宙射线的背景噪声,探测暗物质粒子装置中使用了几十个超低温的钙钨晶体,确切的说是使用了钨酸钙晶体,其高灵敏度可用来探测暗物质,当粒子击中钨酸钙晶体的时候,晶体散发出光脉冲,接着高灵敏度的仪器可测量碰撞过程中产生的能量.

此外美国明尼苏达州CoGeNT暗物质探索计划位于700米深的地下实验室,是由一个废旧的矿井改建而成,使用高纯锗作为探测器来观测碰撞产生的信号.位于南达科他州的LUX实验是最灵敏的暗物质探测器之一,但还没有发现暗物质粒子的确凿证据,该实验的核心装置是一个1.8米高的钛容器,内部充满了液态氙气,并冷却到零下101摄氏度,如果弱相互作用重粒子与其他粒子发生作用,探测器就能发现其信号.

暗物质如同一扇"黑暗之门",我们目前所看到的物质只占宇宙质能的很小一部分,宇宙中几乎被暗能量和暗物质充斥着,科学家已经发现了暗物质对宇宙星系和恒星系统产生的引力效果,弱相互作用重粒子可能就是科学家寻找的暗物质粒子.前不久国际空间站阿尔法磁谱仪(AMS)进行了暗物质探索实验,研究结果依然没有取得较大的进展,科学家认为当前的探测设备可能距离暗物质粒子所需的级别还有一段距离.