含有大量暗物質的星系團（紫色區(qū)域）。美國宇航局

觀測結果表明，我們宇宙中星系間氣體——，也稱為星系間氣體，其溫度比理論值略高。天體物理學家利用計算機模擬來解釋這種不尋常的宇宙“低熱”現象：他們認為這是因為宇宙中存在一種奇怪的“暗光子”。

根據該假設，“暗光子”是暗物質的一種形式，它們攜帶著宇宙中的第五種基本力。而這種“第五力”在普通物質中是找不到的。但在極少數情況下，“暗光子”會轉化為常規(guī)光子，產生額外的熱量。

【資料圖】

研究人員認為，我們可以通過觀察星際氣體氫發(fā)射線中的“萊曼阿爾法森林”來尋找這些“暗光子”。

“萊曼-叢林”是指類星體光譜中氫“萊曼-”發(fā)射線短波長側的密集吸收線簇。

所謂的“萊曼阿爾法森林”的出現是因為來自遙遠宇宙的光在數十億光年的太空中傳播時穿過大量的氣體。在某個時刻，光會穿過更密集的中性氫云。大多數光子將不受影響地通過，但一些具有非常特定波長的光子將被吸收，在光譜中留下“間隙”，稱為吸收線。在行進過程中，光子會穿過許多這樣的中性氫團塊。在宇宙膨脹的影響下，不同云留下的吸收線會紅移到不同的波長帶，在譜線的短波側留下一系列密集的吸收線簇或間隙，并分布在發(fā)射中線長波長一側稀疏的譜線形成鮮明對比，看上去就像“叢林”。

利用萊曼-阿爾法叢林，科學家可以測量宇宙中氣體云的溫度。如果中性氫氣云非常穩(wěn)定，溫度很低，那么它的吸收線就會又長又細；如果里面的粒子運動劇烈，動能很大，溫度又很高，那么吸收線就會很寬。也就是說，吸收線越寬，氣云內部相應粒子的運動越劇烈，溫度越高。

使用這種方法，研究人員測量了宇宙中一系列氣體云的溫度，發(fā)現分散在星系之間的氣體云的溫度比計算機模擬顯示的要高一些。這表明宇宙中可能存在一些未知的熱源正在加熱這些氣體云。

研究人員表示，他們不確定這種熱量的來源是什么，但一種可能性是宇宙中存在所謂的“暗光子”。

“暗光子”是“暗物質”的一種假設形式。宇宙中有一個非常神秘的現象，那就是宇宙總質量的80%左右缺失了。這部分質量產生的引力仍然存在，它們維持著宇宙的結構，但產生這些引力的物質卻不見蹤影。用物理學的語言來說，它們“不與光相互作用”。

“暗物質”是一個謎，因此關于它有很多假說。一種假設是“暗物質”是一種新的基本力——的載體，它是一種特殊粒子，負責在其他粒子之間傳遞基本力。

我們熟悉的“光子”是力的載體，負責傳遞電磁力。光子產生電、磁和光。這些研究人員假設的“暗光子”是一種新的基本力的載體，這種新的基本力在常規(guī)尺度和常規(guī)場景下不起作用。

研究人員表示，“暗光子”具有質量，因此它們可能是“暗物質”的一種。但由于它們也是力載體，它們本身可能會相互作用，也可能與其他類型的暗物質粒子（如果存在）相互作用。根據研究人員提供的模型，“暗光子”在某些特殊條件下偶爾會轉化為常規(guī)光子。

換句話說，“暗光子”可能與常規(guī)光子“混合”，并且偶爾會轉換為常規(guī)光子。一旦發(fā)生轉換，新形成的光子將表現出常規(guī)光子的特性并產生額外的熱量。

研究人員通過計算機模擬了宇宙的演化?？紤]到“暗光子”的轉換因子后，他們發(fā)現正好可以解釋宇宙模型預測的星系間氣體溫度與實際觀測到的星系間氣體溫度之間的差異。

這項研究的結果還遠沒有定論，對于宇宙“低熱”的原因還有其他合理的解釋。但這種“腦洞大開”的探索是有一定意義的。