环球科学|暗物质不存在？！无暗物质宇宙模型突破最大障碍( 三 )_

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塔利-费希尔关系，与重子塔利-费希尔关系类似（图片来源：Wikipedia）
暗物质则完全无法预测这种关系。如果想在ΛCDM模型的框架内重现BTFR ，天文学家必须从宇宙早期开始模拟星系，模拟中的星系在经过一百多亿年的演化后，或许能重现BTFR 。但如果想严格重现BTFR ，还要在模拟中加入非常严格的限制，并对旋涡星系的演化机制进行不那么严谨的修改。直到现在，坚持ΛCDM模型的宇宙学家还没能通过模拟完美重现BTFR 。
缺席的暗物质
在类似MOND的理论重回人们的视野之前，暗物质已经在宇宙学领域充当了30多年的主角。美国宇宙学家戴维·斯佩奇（David Sperge）表示新的MOND模型太过复杂，认为新的相对论的MOND模型只有当“暗物质假说的形式非常复杂时”才值得考虑。学界对ΛCDM模型充满信心， 2014年版的《粒子物理学评论》中写道：“（宇宙学的）统一模型已经建立起来了，似乎没剩下多少空间能对这个范式进行大幅度的修改。 ”这一“flag”满满的言论很容易让人想到一个多世纪前的“两片乌云” 。这一次，类似的情况会再次上演吗？或者说，物理学家是否已经走了30多年弯路？
科学家一直都在寻找暗物质，其中最有希望的候选体是大质量弱相互作用粒子（weakly interacting massive particles ， WIMP）。这种粒子只能通过弱相互作用和引力与其他物质产生作用，质量可能在质子质量的1倍到1万倍之间，常规观测手段无法发现这种粒子。
但几十年来的暗物质探测，不过是一遍又一遍刷新暗物质可能存在的下限。今年7月初，在马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上，中国锦屏地下实验室PandaX实验（“熊猫”实验）公布了PandaX-4T实验的首个暗物质搜寻结果，人类又一次没能找到暗物质。反而，基于PandaX-4T试运行95天的数据，暗物质反应截面的上限又被降低了，这意味着理论中存在的WIMP更难被发现了。这仿佛嘲笑着物理学家：“想发现WIMP？你们人类的精度还不够。 ”

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PandaX-4T刷新了暗物质反应截面的上限（图片来源：中科大新闻网）
对WIMP的搜寻已经逼近极限了，对它的搜寻已经抵达了一个关键节点。不久之后，现有的大多数暗物质实验将会寻遍WIMP理论上可能存在的质量范围。如果到那时还没有发现，要么是现有的探测手段根本无法发现WIMP ，要么暗物质根本不是WIMP……要么，暗物质根本就不存在。
一些现在还在坚持暗物质的宇宙学家，已经渐渐转向WIMP之外的粒子了。其中一个有力竞争者名为轴子（axion），这种粒子比WIMP轻得多。科学家认为中子星炽热的核心能产生轴子，当轴子到达中子星表面时，就会转变为X射线光子，但目前科学家还没有观测证据。今年初在《物理评论快报》上发表的一篇论文中，科学家认为可以用这一效应解释中子星较高的X射线辐射。但是，他们目前的数据精度还不够，他们打算用美国宇航局的核分光望远镜阵（NuSTAR）进一步观测。同时，欧洲核子研究中心（CERN）科学家也将10米长的CERN轴子太阳望远镜（CAST）对准太阳，试图从那里发现轴子的痕迹。

环球科学|暗物质不存在？！无暗物质宇宙模型突破最大障碍( 三 )

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