與中微子相輔相成 以超新星爆炸為研究目標 鑽研重力波助解暗物質

专研天文物理和宇宙学的香港中文大学物理系教授朱明中，一直致力探寻人类在百年前察觉的世纪谜题─暗物质（Dark matter）。随着科学不断进步，近年包括中微子以至新出现的重力波信号等，都一一化为他的工具，哪怕是远在银河系外发生的超新星爆炸，都有机会发出重力波信号并传至地球，其中更可望蕴含关键信息，助力人类破解这种主导并牵引着宇宙万物，却始终未能一窥其真貌的神秘物质的谜团。 ◆香港文汇报记者 姜嘉轩 科研令人沉醉的其中一点，在于当下发现的成果并不代表终点，而是启发我们探索更多未知领域、引领人类不断向前的关键钥匙。2016年2月，科学界宣布成功探测到两个黑洞合并所产生的重力波（Gravitational wave，又作引力波），证实一个世纪前爱因斯坦广义相对论的重要预言；数年过去，如今重力波信号更成为科学家发掘宇宙未知真相的全新利器。 「科学界基本上都几肯定，宇宙中暗物质远多于我们已知的普通物质，但我们仍然未知它到底是什么，它不发光，似乎就只会产生万有引力，或少少弱作用力。」暗物质可算是当代宇宙学最大谜题之一，朱明中近日接受香港文汇报专访时指，人类约在百年前开始察觉其存在，然而一直没有任何直接观测证据，只能以间接方式推断其存在。 暗物质混入星体使光度减弱 朱明中约在10年前开始钻研暗物质，他透过观测超新星爆炸，从而了解当中有否暗物质「混入」星体之中，「过往一直去量度超新星，都是量度其光度变化图……我们发现如果（星体）多了暗物质，会令其光度减弱，而且光度变化的阔度亦会不同。」 不过，利用可见光研究超新星存在一些问题，「根据传统天文学上的估计，每个星系大概三四十年就有一次超新星爆炸……不过银河系上一次发生我们肉眼可见的超新星，已经是400年前。」朱明中解释，其中一个可能是这段期间的确没有超新星爆炸，但另一个更大的可能性，就是爆炸的超新星跟地球间，存在气体、尘埃、星星等因素阻挡，「光线根本传不过来，就算它爆发，我们也看不到。」 正因如此，朱明中近年积极利用重力波信号作为暗物质的观测工具，并锁定在可见光波段较暗，但可发出较强重力波和中微子信号的AIC类超新星作为研究目标。「假如超新星爆炸之前，有很多暗物质混在里面的话，会令其爆炸减弱，而且星体爆炸时是转动的话，就会衍生好多重力波信号，这些重力波亦会受到星体原本的暗物质影响。」 团队的工作就是要预先模拟不同情况计算，「在没有暗物质情况下，星体原本转动有多快，爆炸时产生的重力波会是如何。之后再假设加一些暗物质，然后又再计算……如是者，我们要做好多个可能性，希望若有天量度到重力波后，用来作比对，哪个会是最大可能。」 重力波有优有劣 中微子互为印证 朱明中解释，重力波的优势在于可以探测更远星体，「重力波能穿透所有物质，即使（爆炸）发生在银河系的另一边，途中有很多物体阻挡了光信号，但其所发放的重力波，我们都能量度到。」 惟重力波信号也有弱点，就是爆炸必须呈不对称才会发出，「要放出重力波，一方面需要很猛烈的星体运动，而且是要不对称。一旦是球状对称的爆炸，重力波就可能好微弱，甚至没有信号发出。」 因此，朱明中分享这项研究也运用了中微子（neutrino）信号作为另一观测工具，与重力波相辅相成，互为引证，「相比重力波，中微子（传播距离）没那么远……但两种信号会带有不同资料，如果两种都量度到，一来会加强我们的信心，确定信号是来自AIC类超新星爆炸，二来亦有助于我们分辨，例如它（超新星）有多远、转动多快、如何不对称等。」