宇宙大爆炸之后，還有一次黑暗大爆炸…

這是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的星系團(tuán)Cl0024+1654照片，其中的暗物質(zhì)以藍(lán)色表示

導(dǎo)讀：暗物質(zhì)的謎團(tuán)一直困擾著科學(xué)家。最近一些物理學(xué)家提出，暗物質(zhì)是在另一次宇宙“大爆炸”中形成的。如果這一理論得到證實(shí)，有可能會改變我們對早期宇宙的看法。

如今的天文學(xué)家普遍認(rèn)為，宇宙起源于一次大爆炸。大約137億年前，一個(gè)極其熾熱、密度極高的輻射點(diǎn)突然爆發(fā)，產(chǎn)生了我們今天所知的宇宙。

但是，這次大爆炸是否是唯一的宇宙創(chuàng)生事件呢？有些物理學(xué)家提出了一個(gè)大膽的想法，認(rèn)為在大爆炸之后，可能還有一次“暗大爆炸（DarkBig Bang）”，可以解釋宇宙中神秘的暗物質(zhì)來源。

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看不見的暗物質(zhì)

暗物質(zhì)是一種我們無法直接觀測到的物質(zhì)，它不發(fā)光也不反射光。但是通過觀測分析其他物質(zhì)受到的引力作用，科學(xué)家認(rèn)為宇宙中存在暗物質(zhì)，并且數(shù)量巨大，約占宇宙中所有物質(zhì)的85%。

暗物質(zhì)對星系的形成和運(yùn)動有著重要的影響，也是天文學(xué)家研究宇宙結(jié)構(gòu)和演化的關(guān)鍵線索。然而，暗物質(zhì)的本質(zhì)和起源一直是一個(gè)謎。

宇宙大爆炸示意圖

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宇宙大爆炸后還有暗大爆炸？

在去年2月提交的論文《暗物質(zhì)和引力波來自黑暗大爆炸》中，美國科學(xué)家凱瑟琳·弗里茲（KatherineFreese）和瑞典科學(xué)家馬丁·沃爾夫?qū)乜评眨∕artinWolfgang Winkler）提出了“暗大爆炸”的理論。

這兩位科學(xué)家分別來自美國密歇根大學(xué)和瑞士斯德哥爾摩大學(xué)，其中凱瑟琳·弗里茲是世界暗物質(zhì)研究領(lǐng)域的頂尖專家。根據(jù)他們的理論，“暗大爆炸”可能是暗物質(zhì)和暗輻射產(chǎn)生的根源。

兩位科學(xué)家的“暗大爆炸”的理論認(rèn)為，暗大爆炸發(fā)生在最初的宇宙大爆炸之后的某個(gè)時(shí)間。他們還認(rèn)為，“暗大爆炸”發(fā)生在一個(gè)由暗物質(zhì)和暗能量組成的所謂“暗區(qū)”。在某個(gè)時(shí)刻，這個(gè)暗區(qū)可能發(fā)生了相變，使得暗真空能量轉(zhuǎn)化為一種高溫的暗粒子等離子體。

根據(jù)他們的論文，在暗大爆炸的過程中，暗物質(zhì)可能以多種方式產(chǎn)生。一種可能是所謂的“暗物質(zhì)自相殘殺”，即暗物質(zhì)粒子相互吞噬。另一種可能是暗物質(zhì)粒子成對湮滅，然后經(jīng)過一個(gè)稱為“熱凍結(jié)”的冷卻階段。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)大爆炸必須遵循某些限制條件；如果發(fā)生得太早，現(xiàn)在的暗物質(zhì)就會太多；如果發(fā)生得太晚，現(xiàn)在的暗物質(zhì)就會太少。但如果暗大爆炸發(fā)生在宇宙誕生不到一個(gè)月時(shí)，則與所有已知的觀測結(jié)果相吻合。

利用脈沖星探測引力波示意圖

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新理論驗(yàn)證不容易

盡管確認(rèn)暗大爆炸事件產(chǎn)生的暗物質(zhì)很難通過直接或間接的方式探測到，但弗里茲和溫科勒仍然認(rèn)為，暗大爆炸可能產(chǎn)生獨(dú)特的引力波信號。引力波是時(shí)空中的漣漪，至今仍在宇宙中蕩漾。這意味著暗大爆炸理論未來可能會借助引力波得到檢驗(yàn)。

但兩位論文作者也承認(rèn)，目前的引力波探測器的靈敏度還不足以發(fā)現(xiàn)暗大爆炸的引力波信號。但另一種利用遙遠(yuǎn)的脈沖星的引力波探測器，即所謂的“脈沖星計(jì)時(shí)陣”實(shí)驗(yàn)或許能夠做到這一點(diǎn)。

參考信息：

https://thedebrief.org/dark-big-bang-theory-argues-a-second-cosmological-origin-event-could-help-resolve-dark-matter-mystery/

https://www.livescience.com/a-dark-big-bang-may-have-flooded-the-universe-with-invisible-matter-new-study-proposes

策劃：張超 李培元 楊柳

審核：北京天文館研究館員李昕