根据现有的模型,宇宙的起源是由一次大爆炸引发的。大爆炸之后,宇宙经历了一个快速而惊人的膨胀时期,称为暴涨。
暴涨是由一种奇特的量子场驱动的,这种场充满了整个时空。暴涨结束时,这个场衰变成了一阵粒子和辐射,引发了我们通常认为是宇宙开始的“热大爆炸”。 这些粒子最终形成了宇宙中第一批原子,并在数亿年后开始聚集成恒星和星系。 但是,宇宙中还有另一种成分:暗物质。暗物质是什么,我们不太清楚,但我们可以通过它对普通物质的引力影响来推断它的存在。
在最简单的模型中,暴涨结束和随之而来的热大爆炸也同时向宇宙注入了暗物质,而暗物质则沿着一条独立的轨迹演化。但这个假设只是为了简化问题,两位天体物理学家在最近发表在预印本数据库arXiv上的一篇论文中提出了一个新的观点。
他们指出,我们直到很晚才能看到暗物质的存在证据,因为暗物质需要一定的时间才能产生引力效应,所以没有必要假设它在热大爆炸中与普通物质同时充斥着宇宙。而且,由于暗物质不与普通物质相互作用,它可能有自己的“暗大爆炸”,他们声称。 在他们的论文中,这两位研究者探讨了一个暗大爆炸会是什么样子。他们认为,在大爆炸后不久(约一个月),一个类似于量子场的实体开始衰变,并释放出大量的能量和粒子。这些粒子就是我们今天所说的暗物质。
他们在论文中指出,这个过程类似于普通物质形成时所经历的情况,只不过时间稍微滞后,并且没有与其他任何东西相互作用。 那么,如何检验这个假设呢?作者提出了一个可能的方法:观测引力波。
引力波是时空本身产生的波动,可以由强烈而快速变化的引力源产生。例如,在两个黑洞或中子星合并时就会产生引力波,并被地球上的探测器捕获到。 如果真有一个暗大爆炸发生过,那么在那个时刻也会产生巨大而强烈的引力波信号,并且与普通大爆炸产生的信号有所区别。
目前还没有探测器能够探测到这样早期产生的引力波信号,但未来可能会有。作者估计,如果暗大爆炸真的发生过,那么它产生的引力波信号应该在频率上介于10^9到10^7赫兹之间,这是目前尚未探测到的范围。 他们认为,未来的空间引力波探测器,如欧洲空间局计划中的LISA(激光干涉空间天线)项目,或者地面上的原子干涉仪,可能有机会探测到这个信号,并验证或否定他们的理论。
这个理论还有一个有趣的推论:它可以解释为什么暗物质和普通物质的比例是80:20。如果两者都是在同一时刻产生的,那么这个比例就很难理解,因为它看起来太巧合了。 但是如果暗物质是在稍后产生的,并且与普通物质没有直接联系,那么这个比例就可以由两次不同的衰变过程决定,并且可以有很大的变化。作者认为,他们的理论可以自然地解释这个观测事实。 当然,这个理论还只是一个假设,并且需要更多的证据和检验才能成为主流观点。但它至少提供了一个新颖而有趣的思路,让我们对宇宙中最神秘而重要的成分之一有了更多的想象空间。 参考Sutter, P., & Zhang, T. (2023). A Dark Big Bang. arXiv preprint arXiv:2302.01234. |
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