給我一塊暗物質(zhì)：恐龍滅絕的幕后黑手？

海玉宏源 2014-05-02

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6500萬年前，地球上發(fā)生了一場生物大滅絕，導(dǎo)致當(dāng)時的地球霸主——恐龍幾近絕跡。關(guān)于這場滅絕的原因，目前最廣泛被接受的理論是“隕石撞擊說”：一個小行星撞擊了地球，引發(fā)了地球氣候的劇烈變化，滅絕了包括恐龍在內(nèi)的許多生物。

藝術(shù)家想象圖：直徑10公里的小行星撞擊地球。科學(xué)家認為在38億年~18億年前之間，大約有70個這樣的小行星撞擊了地球。圖/ Don Davis

過去的研究表明，小行星撞擊地球的規(guī)律，大約遵循一個3500萬年的周期。過去，有科學(xué)家認為這是由于太陽存在一個尚未被發(fā)現(xiàn)的伴星“復(fù)仇女神”（Nemesis），它周期性地對奧爾特云（Oort cloud）產(chǎn)生擾動，干擾彗星的軌道，使數(shù)以百萬計的彗星進入內(nèi)太陽系，從而增加了地球被撞擊的幾率。然而，到目前都沒有任何證據(jù)證明這顆紅矮星存在。

想象中的太陽伴星“復(fù)仇女神”

2014年4月20日，哈佛大學(xué)科學(xué)家在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發(fā)表了一篇論文，提出了一個新理論：將這顆“死亡之星”推向地球的幕后黑手，可能是一股神秘的力量——暗物質(zhì)（dark matter）。

這兩位理論物理學(xué)家Lisa Randall和Matthew Reece認為，暗物質(zhì)在銀河系中央形成了一個薄而致密的盤狀結(jié)構(gòu)，厚度為35光年，密度為每平方光年一個太陽。

計算機模擬圖，星系周圍擠滿了暗物質(zhì)。圖/J. Tumlinson

太陽在圍繞銀河系中央運行的過程中，會周期性的穿越將銀河系分為上下兩部分的銀道面。穿越的時刻會動蕩不安，因為它也同時穿過了這個暗物質(zhì)盤。受其干擾，太陽系邊緣的彗星軌道會被打亂，紛亂地飛入內(nèi)太陽系。這就可能導(dǎo)致慘烈的“天地大沖撞”，就像終結(jié)恐龍時代那個一樣。而太陽穿越銀道面的周期，大致接近3500萬年。這意味著，這個由暗物質(zhì)組成的“暗夜之盤”，可能是太陽系內(nèi)部周期性紛亂的原因。

恒星的軌跡

他們分析了過去2.5億年間，地球上直徑大于20公里的隕石坑，將它們的年代與3500萬年的周期進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，撞擊基本符合“穿越暗物質(zhì)盤”的周期，比隨機撞擊的可能性大三倍。不過，這個周期與6500萬年前那次大滅絕并不是完美的吻合?？茖W(xué)家認為，這也許是因為隕石坑的數(shù)據(jù)并不完備。希望未來有更多的信息，來彌補這個缺陷。

關(guān)于暗物質(zhì)，顧名思義，它無法直接被我們觀測到。它是指那些自身不發(fā)射電磁輻射，也不與電磁波相互作用的一種物質(zhì)?？茖W(xué)家認為，我們已知的普通物質(zhì)占宇宙的5%，剩下約25%來自暗物質(zhì)，還有70%來自暗能量。

暗物質(zhì)三維圖像

暗物質(zhì)最初的證據(jù)，來自于1933年，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky，1898～1974）對距地球3.2億光年的“后發(fā)座星系團”的觀測。大型星系團中的星系具有極高的運動速度，除非星系團的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計算所得到的值的100倍以上，否則星系團根本無法束縛住這些星系。因此，在20世紀(jì)80年代被命名為“暗物質(zhì)”之前，這種物質(zhì)被稱作“缺失的質(zhì)量”。（詳見《科學(xué)世界》2012年第11期特別策劃：暗物質(zhì)，星系鎖鏈）

暗物質(zhì)也許并不僅存在于遙遠的星系。我們的銀河系中，也可能充滿著它們的身影。近期提交到《物理學(xué)評論》（Physical Review D）的一項研究顯示，NASA的費米太空望遠鏡從銀河系中心探測到了疑似暗物質(zhì)信號。銀河系核心產(chǎn)生的高能伽馬射線輻射量無法僅僅通過傳統(tǒng)的途徑——如超新星遺跡，高速轉(zhuǎn)動，密度超高的中子星等現(xiàn)象進行解釋。這種高能輻射的“過量”可能正是由于暗物質(zhì)粒子之間的碰撞產(chǎn)生的。（http://www./25359-dark-matter-milky-way-galaxy-fermi-discovery.html）