研究人员表示中子星是理解难以捉摸的暗物质的关键

在计算出中子星可能掌握着帮助我们理解难以捉摸的暗物质的钥匙之后，科学家们可能离解开宇宙的一大谜团又近了一步。

在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上发表的一篇论文中，来自墨尔本大学领导的ARC暗物质粒子物理卓越中心的物理学家计算出，暗物质粒子在冷死中子星内碰撞和湮灭时转移的能量可以加热星星升得很快。

此前人们认为这种能量转移可能需要很长的时间，在某些情况下，比宇宙本身的年龄还要长，使得这种加热变得无关紧要。

墨尔本大学教授妮可·贝尔表示，新的计算首次表明大部分能量将在短短几天内沉积下来。

“寻找暗物质是科学上最伟大的侦探故事之一。暗物质占宇宙物质的85%，但我们看不到它。暗物质不与光相互作用——它不与光相互作用。”吸收光，不反射光，不发光。

“这意味着即使我们知道它存在，我们的望远镜也无法直接观察到它。相反，它对我们能看到的物体的引力告诉我们它一定在那里。

“从理论上预测暗物质是一回事，但通过实验观察它是另一回事。地球上的实验受到制造足够大的探测器的技术挑战的限制。然而，中子星作为巨大的天然暗物质探测器，贝尔教授说：“它们一直在天文长时间尺度上收集暗物质，因此它们是我们集中精力的好地方。”

当超大质量恒星耗​​尽燃料并坍塌时，就会形成中子星。它们的质量与我们的太阳相似，被挤成一个只有20公里宽的球体。如果密度再大一些，它们就会变成黑洞。

“虽然暗物质是宇宙中占主导地位的物质类型，但它很难被探测到，因为它与普通物质的相互作用非常弱。事实上，暗物质如此弱，以至于可以直接穿过地球，甚至穿过地球。”太阳。

“但中子星不同——它们的密度如此之大，以至于暗物质粒子更有可能与恒星相互作用。如果暗物质粒子确实与恒星中的中子碰撞，它们将失去能量并被困住。随着时间的推移，这会导致恒星中暗物质的积累，”贝尔教授说。

墨尔本大学博士候选人迈克尔·维尔加托(MichaelVirgato)表示，这预计会将古老、寒冷的中子星加热到未来观测所能达到的水平，甚至引发恒星塌缩成黑洞。

“如果能量转移发生得足够快，中子星就会被加热。要发生这种情况，暗物质必须在恒星中经历多次碰撞，转移越来越多的暗物质能量，直到最终所有能量都被耗尽。”被存放在恒星中，”维尔加托先生说。

此前并不知道这个过程需要多长时间，因为随着暗物质粒子的能量变得越来越小，它们再次相互作用的可能性越来越小。因此，转移所有能量被认为需要很长的时间——有时比宇宙的年龄还要长。相反，研究人员计算出99%的能量在短短几天内就被转移了。

“这是个好消息，因为这意味着暗物质可以将中子星加热到可能被检测到的水平。因此，对冷中子星的观测将提供有关暗物质和普通物质之间相互作用的重要信息，从而揭示出光明关于这种难以捉摸的物质的性质。

维尔加托先生说：“如果我们要了解无处不在的暗物质，那么我们必须利用一切可用的技术来弄清楚宇宙中隐藏的物质到底是什么，这一点至关重要。”

这项研究是由ARC暗物质粒子物理卓越中心的国际专家团队进行的，其中包括墨尔本大学的NicoleBell教授和MichaelVirgato教授、澳大利亚国立大学的GiorgioBusoni博士和澳大利亚国立大学的SandraRobles博士。美国费米国家加速器实验室。

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