到达地球的每一个光子背后，都有一个黑影？
一个包含大量暗物质（紫色区域）的星系团。NASA
观测结果显示，我们宇宙星系之间的气体——亦即所谓星系际气体的温度比理论值高出了那么一点。天体物理学家通过计算机模拟对这个异常的宇宙“低烧”现象作出了解释：他们认为，这是因为宇宙中存在一种奇特的“暗光子（dark photons）”。
根据假说，“暗光子”是暗物质的一种形态，它们承载着宇宙间的第五种基本作用力。而这“第五种力”是普通物质间所没有的。但在非常罕见的情况下，“暗光子”会转化成常规光子，并产生额外的热量。
研究人员认为，我们可以通过观测星系际气体氢发射线中的“莱曼-阿尔法丛林（ Lyman-alpha forest）”来寻找这些“暗光子”。
“莱曼-阿尔法丛林”指的是在类星体的光谱中，位于氢“莱曼-阿尔法”发射线短波侧的密集吸收线丛。
之所以会出现所谓的“莱曼-阿尔法森林”，是因为来自遥远宇宙的光在飞越数十亿光年的空间时，会穿越大量的气体。在某些时候，这些光会穿越密度较大的中性氢云团。光子中的大部分会不受影响地穿越而过，但部分波长非常特殊的光子会被吸收，并在光谱中留下“缺失”，亦即吸收线。光子在穿越过程中，会穿越多处这样的中性氢团块。在宇宙的膨胀的影响下，不同云团留下的吸收线会红移到不同的波段上，进而在谱线中的短波侧留下一系列密集的吸收线丛或空隙，和分布在该发射线长波侧的稀少谱线形成鲜明对比，看起来就如同“丛林”一般。
利用“莱曼-阿尔法丛林”，科学家可以测量宇宙间气体云的温度。假如中性氢气体云很稳定，温度很低，那么它的吸收线就是细长的一条；假如它内部的粒子在剧烈运动，包含很多动能，温度很高，那么吸收线就会非常宽。也就是说吸收线越宽，与其对应的气体云内部粒子的运动就越剧烈，温度就越高。
研究人员使用这种方法，对宇宙间一系列气体云的温度进行了测量，结果发现那些分散在星系之间的气体云温度比计算机模拟结果高出了那么一点。这表明宇宙间可能存在着某种未知的热源，正在加热这些气体云。
研究人员表示并不能确定这种热源是什么，但一种可能是宇宙间存在着所谓的“暗光子”。
“暗光子”是“暗物质”的一种假想形态。宇宙间存在着一种非常神秘的现象，即宇宙质量总和的大约80%失踪了。这部分质量所产生的引力依然存在，它们维系着宇宙结构，但产生这些引力的物质却了无踪迹。用物理学的语言来说，是它们“不和光相互作用”。
“暗物质”是一个谜，因此针对它的假说非常多。一种假说认为，“暗物质”是一种新基本作用力的载体——也就是是一种负责在其他粒子之间传递基本作用力的特殊粒子。
我们熟悉的“光子”就是一种力的载体，它负责传递电磁力。光子能创造电、磁和光。而这些研究人员假想中的“暗光子”则是一种新基本作用力的载体，这种力不在常规尺度和常规场景中运作。
研究人员称，“暗光子”是有质量的，因此它们可能就是“暗物质”的一种。但由于它们同时也是力的载体，因此它们自身之间可能会相互作用，也可能会与其他类型的暗物质粒子（如果存在）相互作用。而根据研究人员提供的模型，“暗光子”在某种特殊的条件下，还会偶发性地转化成常规光子。
也就是说，“暗光子”可能会和常规光子“混合”在一起，并偶发性地转化成常规光子。而转化一旦发生，新形成的光子就会表现出常规光子的特性，产生额外的热量。
研究人员通过计算机模拟了宇宙的演化，在将“暗光子”的转化因素考虑进去后，他们发现刚好能够解释宇宙模型预言的星系际气体温度，与实际观测到的星系际气体温度之间的差异。
该研究结果远非定论，宇宙发“低烧”的原因依然存在其他合理的解释。但这种“开脑洞”式的探索是有一定意义的。
参考
Comparison of Low-Redshift Lyman-α Forest Observations to Hydrodynamical Simulations with Dark Photon Dark Matter
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.211102
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