# 探秘宇宙中的暗物质：轴子成为新的有力候选者

规范页面：https://laysky.com/news/unraveling-dark-matter-mystery-axions-20230505.html

# 探秘宇宙中的暗物质：轴子成为新的有力候选者

> 暗物质一直是天文学中最令人困惑的难题之一。由于暗物质不会发射、吸收或反射光线，这使得研究它变得异常困难。

为了揭示暗物质的本质，香港大学研究生Alfred Amruth的团队利用了引力透镜现象。在他们最新发表的研究中表明，暗物质可能**并不是由大质量弱交互作用粒子（WIMPs）所组成**，而是由轴子（Axion）组成的可能性较高。如果这个假设正确，那么它将揭示宇宙中85%的物质是由什么组成的，同时还可能引发超出标准模型的新物理。这项研究发表在《自然天文学》期刊上。

## 引力透镜现象

在引力的作用下，一个星系及其大量暗物质会扭曲周围的时空。这会导致来自更远源头的光线沿着这个扭曲的曲率传播，从不同路径绕过星系，就像穿过一个透镜一样。当这样的透镜与远处光源紧密对齐时，天文学家会看到同一背景物体的多个影像。这些被称为“爱因斯坦环”的影像的位置和亮度取决于透镜中暗物质的分布，为我们探究这种神秘物质提供了重要线索。

![引力透镜作用下远方的星系分散为多个影像。（来源：NASA）](https://laysky-1253599544.cos-website.ap-shanghai.myqcloud.com/images/202305051845452.jpg)

## WIMPs和轴子：暗物质的两大候选者

在过去的二十年中，天体物理学家一直努力地重现这些多重影像的位置和亮度。如果暗物质是由大质量弱交互作用粒子（WIMPs）组成的，那么随着从星系中心向外移动，星系的密度应该平滑下降。然而，这与大型天文望远镜实际观测到的引力透镜影像的情况并不相符。

因此，Amruth的团队转而寻找另一个暗物质候选者：**轴子（Axion）**。与WIMPs不同，轴子是一种超轻粒子，最初是在20世纪70年代提出的，理论物质学家们利用轴子来解决粒子物理学中关于强力的问题。量子理论表明，轴子在太空中会以波的形式传播，而不是粒子的形式。这导致波之间的干涉产生随机密度波动。这些随机波动使得一个星系周围的暗物质分布变得凸凹不平。当假设暗物质由轴子组成时，Amruth和同事们能够拟合出四重透镜系统HS 0810+2554的观测位置和亮度。这是一个前景椭圆星系将来自背景星系的光分成四个影像的情况。

## 未来的研究展望

值得一提的是，无论是WIMPs还是轴子，都尚未直接被检测到。Amruth团队的研究成员之一George Smoot表示，未来的工作将通过详细的研究来巩固Amruth的研究结论，并预期韦伯太空望远镜能发现更多的引力透镜系统，从而对这个想法进行更严格的测试。如果未来的研究巩固了Amruth研究的结论，这将会是一个令人惊叹的发现，对天体物理学以及高能基本粒子物理学等领域都会产生重大影响。

- 资料来源：[Sky&Telescope](https://skyandtelescope.org/astronomy-news/distorted-galaxy-hints-at-the-nature-of-dark-matter/)
- 原始论文：[Nature Astronomy](https://www.nature.com/articles/s41550-023-01943-9)