利用射电望远镜直接探测暗光子暗物质

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北京，5月16日（记者金浩天）清华大学副教授安海鹏、紫金山天文台研究员黄晓元、北京大学研究员刘佳在暗物质物理研究方面取得了重要进展。研究小组发现现有的低频阵列射电望远镜（LOFAR）、正在建设的平方公里阵列射电望远镜（SKA），“中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）它可以超越当前宇宙微波背景辐射的限制，探索具有更高灵敏度和更广泛质量范围的暗物质。近日发表在《物理评论快报》上，题为《使用射电望远镜直接探测暗光子暗物质》。这篇文章被列为物理学的特别推荐，并被美国物理学会推荐。

“暗物质是天文观测中发现的一种物质，具有引力但不发光的作用，占宇宙总能量的27%。对暗物质粒子物理性质的研究是粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。物理学家越来越关注超轻玻色暗物质，如类轴和暗光子。据刘佳介绍，20世纪60年代初，美国科学家彭兹斯和威尔逊在射电天文学研究中发现了意想不到的低水平背景噪声。后来，该噪声被证明是宇宙微波辐射的背景，也是早期宇宙燃烧膨胀的重要证据之一。超轻暗光子暗物质作为宇宙中弥散暗物质的候选人，可以表现出类似于宇宙微波背景辐射的行为。如果现代射电望远镜仔细听，可能会听到来自黑暗世界的微小声音。

通过与光子的动力学混合，超轻玻色暗光子表现出类似光子的电磁相互作用。在这项研究中，团队发现地球附近的超轻暗光子暗物质可以诱导射电望远镜反射板上的电子振荡，产生可观测的射电信号，而偶极射电望远镜可以直接从这种暗物质中产生射电信号。基于这一现象，该小组提出了一种使用射电望远镜直接探测地球附近暗光子暗物质的新方法。研究小组利用FAST的观测数据，在1-1.5GHz的频率范围内搜索超轻暗光子暗物质产生的信号。在这个频率范围内，他们对这种粒子提供了最强的实验限制，但还没有检测到这个信号。其次，它们将提高实验灵敏度，进一步探索超轻暗光子暗物质产生的信号。

“我们发现，LOFAR、SKA和FAST有潜力发现暗物质。可以说，这项工作开辟了射电天文学领域的新方向——利用射电望远镜数据搜索隐藏在地球周围的暗物质。”刘佳说。