給我一塊暗物質：恐龍滅絕的幕後黑手？

給我一塊暗物質：恐龍滅絕的幕後黑手？

6500萬年前，地球上發生了一場生物大滅絕，導致當時的地球霸主——恐龍幾近絕跡。關於這場滅絕的原因，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，引發了地球氣候的劇烈變化，滅絕了包括恐龍在內的許多生物。

藝術家想像圖：直徑10公里的小行星撞擊地球。科學家認為在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律，大約遵循一個3500萬年的周期。過去，有科學家認為這是由於太陽存在一個尚未被發現的伴星「復仇女神」（Nemesis），它周期性地對奧爾特雲（Oort cloud）產生擾動，干擾彗星的軌道，使數以百萬計的彗星進入內太陽系，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證明這顆紅矮星存在。

想像中的太陽伴星「復仇女神」

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

這兩位理論物理學家Lisa Randall和Matthew Reece認為，暗物質在銀河系中央形成了一個薄而緻密的盤狀結構，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。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，紛亂地飛入內太陽系。這就可能導致慘烈的「天地大衝撞」，就像終結恐龍時代那個一樣。而太陽穿越銀道面的周期，大致接近3500萬年。這意味著，這個由暗物質組成的「暗夜之盤」，可能是太陽系內部周期性紛亂的原因。

恆星的軌跡

他們分析了過去2.5億年間，地球上直徑大於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。他們發現，撞擊基本符合「穿越暗物質盤」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並不是完美的吻合。科學家認為，這也許是因為隕石坑的數據並不完備。希望未來有更多的信息，來彌補這個缺陷。

關於暗物質，顧名思義，它無法直接被我們觀測到。它是指那些自身不發射電磁輻射，也不與電磁波相互作用的一種物質。科學家認為，我們已知的普通物質占宇宙的5%，剩下約25%來自暗物質，還有70%來自暗能量。

暗物質三維圖像

暗物質最初的證據，來自於1933年，瑞士天文學家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky，1898～1974）對距地球3.2億光年的「后髮座星系團」的觀測。大型星系團中的星系具有極高的運動速度，除非星系團的質量是根據其中恆星數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80年代被命名為「暗物質」之前，這種物質被稱作「缺失的質量」。（詳見《科學世界》2012年第11期特別策劃：暗物質，星系鎖鏈）

右圖：費米望遠鏡對銀河系中心的成像圖顯示出過剩的伽馬射線（紅色意味著最強的強度），而這無法用常規的放射源來解釋。圖/T. Linden, Univ. of Chicago

歐洲空間局（ESA）於2013年發射的空間望遠鏡「蓋亞」（Gaia）也許可以幫助人類解開這個秘密。它的目的是要繪製一個包含約10億顆或銀河系1%恆星的三維星圖。期待它可以為我們帶來暗物質盤是否存在的信息。

ESA的蓋亞空間望遠鏡

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