暗物质有多重?科学家计算出严格质量范围

我们不知道暗物质是什么,只知道它们和暗能量是宇宙的主要构成,最近有天文学家基于爱因斯坦量子物理学与广义相对论结合的量子重力,计算出更严格的暗物质粒子质量范围,应该介于10-3~107eV之间,有助于研究人员更集中寻找目标对象。

众所皆知暗物质是宇宙最大谜团之一,这些物质与重力作用交互密切,但我们无法通过任何能检测到的一般物质(恒星、尘埃、星系等)来解释暗物质,比如我们的银河系便受到无形重力影响,导致星系旋转速度比表面上可见物质的影响力还要快许多。

我们现在能确定的只有暗物质会与重力相互作用,因此英国苏塞克斯大学天文物理学家Xavier Calmet与Folkert Kuipers,决定利用量子重力性质来估算假想暗物质粒子的质量范围。

量子重力是对重力场进行量子化描述的理论,属于万有理论之一,为各种质量的暗物质粒子(无论是否真的存在)设下许多限制,虽然目前也还没有一个将广义相对论重力空间扭曲描述与量子物理学块体离散相结合的漂亮理论,但两者融合必定能反映出某些基本原理,也因此,暗物质粒子将必须遵守粒子如何分解或相互作用的量子重力规则。

新研究表明,除非宇宙有未知的第五种作用力,否则暗物质粒子既不会太轻、也不会太重,质量介于10-3~107eV,比过去认知的10-24eV~1019GeV范围还要小很多,这项新的限制非常重要,因为基本上排除了某些有力的候选对象,比如大质量弱相互作用粒子(WIMP)。

该限制除了能让物理学家将重点放在“暗物质”搜索,还可能有助于理解宇宙是否存在神秘的未知力量。新论文发布在《物理快报B辑》(Physics Letters B)期刊。

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