宇宙隱藏的巨大謎團：科學家離真相更近一步

科學家在尋找暗物質的過程中，利用先進的紅外光譜技術和麥哲倫克萊望遠鏡，取得了突破性的進展。透過分析來自遙遠星系的光線，他們對軸子類粒子（一種主要的暗物質候選者）的可能壽命設下了前所未有的限制。雖然這項觀測並未直接發現暗物質，但卻標誌著該領域的一個重要里程碑，展示了這項方法的強大潛力。此外，研究結果還暗示了一些無法解釋的異常現象，這意味著隨著更多資料的累積，我們可能比以往任何時候都更接近揭開這股塑造宇宙的隱形力量的真面目。

由東京都市大學的助理教授Wen Yin領導的研究團隊，在暗物質的探索中取得了重大進展。他們利用先進的光譜技術和麥哲倫克萊望遠鏡，觀測了遙遠的星系，並獲取了精確的紅外測量資料。僅僅四個小時的觀測，他們就為暗物質的可能壽命設下了新的限制。這項發現不僅展示了這項技術的強大能力，還將搜尋範圍擴充套件到了電磁波譜中較少被探索的區域。

一個多世紀以來，宇宙學家一直為宇宙中的一個未解之謎所困擾。對星系旋轉的觀測表明，宇宙中存在著比我們能直接觀測到的質量更多的物質。這種看不見的質量被稱為暗物質，至今仍是物理學中最深奧的謎題之一。探測暗物質的挑戰不僅在於它的不可見性，還在於其基本性質的不確定性。

為瞭解決這個問題，研究人員結合了理論模型和尖端觀測技術，以更好地定義暗物質的潛在特性。在最近的一項突破中，一個日本團隊利用創新的光譜分析方法，研究了來自兩個遙遠星系——獅子座V和杜鵑座II的光線。他們使用位於智利的6.5米麥哲倫克萊望遠鏡捕捉並分析這些光線，專注於紅外光譜，這是一個對暗物質探測來說極具潛力但複雜的區域。

研究團隊將焦點放在一個有前景的暗物質候選者——軸子類粒子（ALP）上，並考慮了它如何衰變並自發發光。主要的理論模型表明，近紅外光譜區域是探測暗物質的特別有潛力的地方。然而，紅外光譜也是電磁波譜中最為擁擠和混亂的部分，因為這裡存在大量的噪聲和幹擾源，例如黃道光（由星際塵埃散射的微弱陽光）以及大氣被太陽加熱時發出的光。

為瞭解決這個問題，研究團隊在先前的工作中提出了一種新技術，利用背景輻射通常包含更廣泛波長範圍的特性，而來自特定衰變過程的光則更集中於窄波長範圍。就像光透過稜鏡時，隨著不同顏色的光逐漸分散而變暗一樣，衰變事件在窄波長範圍內會變得越來越清晰。各種最先進的紅外光譜儀，例如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的NIRSpec、麥哲倫克萊望遠鏡上的WINERED等，都可以用來實施這項技術，將這些儀器轉變為優秀的暗物質探測器。

得益於團隊技術（WINERED）的精確性，他們能夠以顯著的統計準確性解釋所有在近紅外光譜中檢測到的光線。由於沒有發現衰變，他們利用這一點來設定這些衰變事件頻率的上限，或軸子類粒子壽命的下限。他們設定的新下限為10的25到26次方秒，這相當於宇宙年齡的一億到十億倍。

這項發現之所以重要，不僅因為它為暗物質的壽命設下了迄今為止最嚴格的限制，還因為它利用紅外宇宙學的尖端技術來解決基本粒子物理學中的問題。雖然他們的結論基於對現有資料的嚴格分析，但一些異常現象的暗示為未來更多資料和分析可能帶來的暗物質實際探測提供了誘人的前景。對宇宙缺失部分的探索仍在繼續。

參考文獻：Wen Yin等人於2025年2月7日發表於《物理評論快報》的論文《WINERED首次暗物質搜尋結果》。DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.051004。這項研究得到了JSPS KAKENHI的多項資助，以及東京都市大學青年研究人員激勵研究基金的支援。WINERED資料是在智利拉斯坎帕納斯天文臺的6.5米麥哲倫克萊望遠鏡上收集的，觀測提案為「利用WINERED進行eV暗物質搜尋」。WINERED由東京大學和京都產業大學紅外高解析度光譜實驗室開發，並獲得了JSPS KAKENHI和MEXT私立大學戰略研究基金的支援。