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给我一块暗物质:恐龙灭绝的幕后黑手?  

2014-05-07 08:53:31|  分类: 科技趣图汇 |  标签: |举报 |字号 订阅

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给我一块暗物质:恐龙灭绝的幕后黑手? - kxsj - Newton-科学世界

6500万年前,地球上发生了一场生物大灭绝,导致当时的地球霸主——恐龙几近绝迹。关于这场灭绝的原因,目前最广泛被接受的理论是“陨石撞击说”:一个小行星撞击了地球,引发了地球气候的剧烈变化,灭绝了包括恐龙在内的许多生物。

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艺术家想象图:直径10公里的小行星撞击地球。科学家认为在38亿年~18亿年前之间,大约有70个这样的小行星撞击了地球。图/ Don Davis

过去的研究表明,小行星撞击地球的规律,大约遵循一个3500万年的周期。过去,有科学家认为这是由于太阳存在一个尚未被发现的伴星“复仇女神”(Nemesis),它周期性地对奥尔特云(Oort cloud)产生扰动,干扰彗星的轨道,使数以百万计的彗星进入内太阳系,从而增加了地球被撞击的几率。然而,到目前都没有任何证据证明这颗红矮星存在。

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想象中的太阳伴星“复仇女神”


2014420日,哈佛大学科学家在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表了一篇论文,提出了一个新理论:将这颗“死亡之星”推向地球的幕后黑手,可能是一股神秘的力量——暗物质(dark matter)。


这两位理论物理学家Lisa RandallMatthew Reece认为,暗物质在银河系中央形成了一个薄而致密的盘状结构,厚度为35光年,密度为每平方光年一个太阳。

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计算机模拟图,星系周围挤满了暗物质。图/J. Tumlinson

 

太阳在围绕银河系中央运行的过程中,会周期性的穿越将银河系分为上下两部分的银道面。穿越的时刻会动荡不安,因为它也同时穿过了这个暗物质盘。受其干扰,太阳系边缘的彗星轨道会被打乱,纷乱地飞入内太阳系。这就可能导致惨烈的“天地大冲撞”,就像终结恐龙时代那个一样。而太阳穿越银道面的周期,大致接近3500万年。这意味着,这个由暗物质组成的“暗夜之盘”,可能是太阳系内部周期性纷乱的原因。

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恒星的轨迹

 

他们分析了过去2.5亿年间,地球上直径大于20公里的陨石坑,将它们的年代与3500万年的周期进行了比较。他们发现,撞击基本符合“穿越暗物质盘”的周期,比随机撞击的可能性大三倍。不过,这个周期与6500万年前那次大灭绝并不是完美的吻合。科学家认为,这也许是因为陨石坑的数据并不完备。希望未来有更多的信息,来弥补这个缺陷。

关于暗物质,顾名思义,它无法直接被我们观测到。它是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。科学家认为,我们已知的普通物质占宇宙的5%,剩下约25%来自暗物质,还有70%来自暗能量。

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暗物质三维图像

暗物质最初的证据,来自于1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky18981974)对距地球3.2亿光年的“后发座星系团”的观测。大型星系团中的星系具有极高的运动速度,除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上,否则星系团根本无法束缚住这些星系。因此,在20世纪80年代被命名为“暗物质”之前,这种物质被称作“缺失的质量”。(详见《科学世界》2012年第11期特别策划:暗物质,星系锁链)

 

暗物质也许并不仅存在于遥远的星系。我们的银河系中,也可能充满着它们的身影。近期提交到《物理学评论》(Physical Review D)的一项研究显示,NASA的费米太空望远镜从银河系中心探测到了疑似暗物质信号。银河系核心产生的高能伽马射线辐射量无法仅仅通过传统的途径——如超新星遗迹,高速转动,密度超高的中子星等现象进行解释。这种高能辐射的“过量”可能正是由于暗物质粒子之间的碰撞产生的。(http://www.space.com/25359-dark-matter-milky-way-galaxy-fermi-discovery.html

 

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右图:费米望远镜对银河系中心的成像图显示出过剩的伽马射线(红色意味着最强的强度),而这无法用常规的放射源来解释。图/T. Linden, Univ. of Chicago

 

欧洲空间局(ESA)于2013年发射的空间望远镜“盖亚”(Gaia)也许可以帮助人类解开这个秘密。它的目的是要绘制一个包含约10亿颗或银河系1%恒星的三维星图。期待它可以为我们带来暗物质盘是否存在的信息。

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ESA的盖亚空间望远镜

 

更多关于暗物质的知识,请阅览《科学世界》2012年第11期特别策划——暗物质:星系锁链。

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