最新观测对暗物质性质的新限制

摘要：东京都立大学的一个研究小组在暗物质的持续探索中取得了重大进展。利用先进的光谱技术和麦哲伦克莱望远镜，他们仅通过四小时的红外观测就对暗物质的寿命建立了新的限制。他们的研究结果强调了尖端光谱技术在探索以前未探索过的电磁波谱区域方面的潜力。

东京都立大学的一个研究小组在暗物质的持续探索中取得了重大进展。利用先进的光谱技术和麦哲伦克莱望远镜，他们仅通过四小时的红外观测就对暗物质的寿命建立了新的限制。他们的研究结果强调了尖端光谱技术在探索以前未探索过的电磁波谱区域方面的潜力。

一个多世纪以来，科学家们一直面临着天文观测中令人困惑的不一致问题。星系的旋转行为表明存在大量看不见的质量，通常称为暗物质。然而，它的确切性质仍然难以捉摸，这使得它的探测成为一项艰巨的挑战。

为了加深我们对暗物质的理解，研究人员现在正在将复杂的模型与高精度的观测数据结合起来。东京都立大学副教授 Wen Yin 领导的团队最近采用了一种创新的光谱法来研究来自狮子座 V 和杜鹃座 II 星系的光。他们的工作使用智利 6.5 米口径的麦哲伦克莱望远镜进行，重点研究了红外光谱——这是探测暗物质特征的有希望的区域。

该团队专注于一种理论上的暗物质候选者，即轴子类粒子 (ALP)，据推测它会衰变并发光。目前的模型表明，近红外光谱特别有利于检测此类衰变。然而，这部分电磁波谱充斥着各种干扰源，包括黄道光（由星际尘埃散射的阳光引起）和地球大气层的辐射。

为了克服这些挑战，研究人员此前提出了一种利用背景辐射和暗物质衰变光的不同波长分布的技术。与广谱背景噪声不同，衰变事件产生的光集中在一个狭窄的范围内，使其更容易识别。詹姆斯·韦伯太空望远镜上的 NIRSpec 和麦哲伦克莱望远镜上的 WINERED 等红外光谱仪提供了实施这种方法所需的精度，有效地将这些仪器转变为暗物质探测器。

这项研究的高精度测量由 WINERED 光谱仪实现，使团队能够系统地解释所有检测到的近红外光，并且具有很高的统计准确性。然后利用未观察到任何衰变事件来确定其频率的上限以及 ALP 粒子寿命的相应下限。他们的分析表明，这些粒子的最小寿命在 10^25 到 10^26 秒之间 - 大约是宇宙年龄的 1000 万到 1 亿倍。

这项突破代表了迄今为止对暗物质寿命的最严格限制。此外，这项研究还强调了红外宇宙学和粒子物理学在解开宇宙基本奥秘方面的协同作用。虽然目前的发现与理论预期一致，但该团队还发现了潜在的异常——检测到的信号略有过剩——这暗示着未来有可能通过额外的数据和进一步改进分析技术来探测暗物质。寻找宇宙中缺失成分的探索仍在继续。