宇宙里有豌豆大小卻比月球重的物質存在嗎?假如原子的組成物夸克是由更小的成分組成的,那么答案便是肯定的。
瑞典呂勒奧理工大學(Luleå University of Technology)的Fredrik Sandin和Johan Hansson表示:這種叫做前子的假設粒子,可能存在於宇宙形成早期留下的大塊濃稠物質中。他們的研究預言;這種超重物質在現今的天文學技術條件下,是可以觀測的。這一論斷將這一高度假設的理論變成了一個可檢驗證實的想法。
如果前子星確實存在,它們或許會占宇宙暗物質質量的很大一部分。
越來越小
眾所周知,物質具有俄羅斯套娃(Russian-doll)的性質。原子是由質子和中子(合稱強子)及質量微小的電子構成的。而強子則是由6種夸克構成的。另外,還有6種與電子相關的基本粒子——輕子。
1974年,物理學家Jogesh Pati和Abdus Salam猜測有一類叫做前子的粒子存在。而前子的存在,可以很好地解釋夸克和輕子出現的原因。1999年Hasson及其同事斷定;3種前子就足以構成目前所有已知的夸克和輕子了。
2005年Hasson和他的學生Sandin繼續研究;前子聚合是否會生成除夸克和輕子以外的物質,答案是可能的。而且這種前子聚合物是密度比夸克星和中子星還要大的凝塊。與中子星比較,前子星是一個把擁有太陽質量的星球壓縮成的一個直徑不超過紐約長島的球體。
大氣泡
他們構想;團狀的前子聚合物不是由星球坍塌形成的,而是宇宙大爆炸的遺留物。當新生宇宙擴張時,裡面的物質便越來越稀薄。慢慢地前子聚合物開始轉變成夸克然後再變成構成星球和星際氣體的原子。但是,Sandian和Hansson認為,宇宙也存在許多前子聚合物可能結合形成了穩定的“氣泡”,因此從未發生上述變化。
他們計算出這些氣泡要比一般普通星球稍微輕一點,不會超過地球質量的100倍,直徑也不會超過1米。儘管沒有下限,但Sandin和Hansson認為最小的前子聚合物應該有豌豆大小,它的質量略小於月球。
這種零散分布在宇宙空間的物質實在是太小了以至於無法直接觀察到。但研究人員表示,有很多間接的方法可以發現它們。
大幅度彎曲
超密度物體能夠使它周圍的光線發生彎曲,產生一種透鏡的效果,增亮或放大它後面的星球,這一現象就叫做引力透鏡效應。藉助‘透鏡’地球上的人可以更清楚地觀測遙遠的星球。一般情況下,都認為透鏡是由暗物質使可見光彎曲形成的。Sandin和Hansson說,由於前子塊很小,它們只會對宇宙伽馬射線產生強烈的影響,雖然它不能加強其信號但卻可以讓伽馬射線光譜產生特殊的擺動。
另一種觀測方法是;兩個被約束在共同軌道上的前子聚合物相互作用,就會發射出引力波。倘若它們位於太陽附近,那么它們發射出的引力波就會被引力波探測器捕獲。如果這兩個前子塊很小,它們所發出的高頻波動甚至無需使用現有的大型探測器,只需要桌面型設備就能探測到。
任何微小的前子聚合物與地球相撞,都足以產生可以被地震波檢測儀捕捉到的地震波。“它們太小了,只能在地球上鑽出一個小洞。”Hasson說。但是沿著他們的腳步會留下一系列的地震波,而且都是沿直線排列的。這些波與板塊相互擠壓產生的波動有很大的不同。
觀察黑暗
創造前子聚合物看來是不可能的,因為這需要重現夸克出現以前宇宙大爆炸的情景。而這一情景的重現,需要比即將建成的瑞士日內瓦歐洲粒子物理研究中心大型強子對撞機所能提供的能量還要大。
其他的物理學家對前子聚合物的說法有何反應呢—用天文望遠鏡搜尋天空嗎? “他們要么對此十分興奮,要么認為這些都是毫無意義的垃圾,“Hansson說,”處於二者之間的人不多。”
不過,英國倫敦瑪麗女王學院的理論物理學家John Charap似乎是這樣一個中間者。 “這不完全是一個愚蠢的想法,“他說,”畢竟我們需要這樣的‘笨’主意來推動對暗物質的認識。現在我們在尋找暗物質的合理解釋上舉步維艱,新觀點可以與其它想法一樣,都是不錯的候選。”