천체물리학자들은 멀리 떨어진 퀘이사의 방출 스펙트럼을 연구해 왔다.
우주의 밀도 높은 가스 구름은 흡수먼 퀘이사에서 나오는 빛의 일부로 방출 스펙트럼에 선이 생깁니다. 이 경우 물질의 구성에 따라 일정 길이의 파동이 이러한 구름에 흡수됩니다. 이러한 선의 폭을 분석함으로써 연구자들은 구름의 밀도, 온도 및 기타 특성에 대한 정보를 추출할 수 있습니다.
먼 퀘이사의 빛은 지역을 통과합니다.은하간 매질의 밀도가 높은 가스(자주색). 가스는 특정 주파수에서 빛을 흡수하여 퀘이사(녹색)의 스펙트럼에서 흡수선의 "숲"을 만듭니다. 이미지: P. Gaikwad/Kavli 우주론 연구소, 케임브리지
Lyman-alpha 라인에 의한 광 흡수 데이터수소는 우주의 분자 가스 구성에 대한 고전적 아이디어에 기반한 모델링과 일치합니다. 그러나 예외가 있습니다. 상대적으로 가까운 가스 구름의 경우입니다. 관측에 따르면 이러한 낮은 적색편이 구름은 예상보다 더 넓은 흡수선을 생성합니다.
흡수선의 확장은 가열과 관련이 있습니다.구름 연구자들은 이것이 어두운 광자에 노출되었기 때문이라고 믿습니다. 이것은 암흑 물질의 광자와 동등한 가상의 질량이 없는 입자입니다.
이 어두운 광자는 시스템에 소량의 에너지를 추가하고 가스를 가열하여 선을 조금 더 넓게 만들고 데이터와 더 일관성 있게 만듭니다.
Andrea Caputo, CERN 연구원 및 논문 공동 저자
암흑 광자 이론은 입자가자발적으로 정상적인 광자로 변환할 수 있습니다. 이러한 변환의 확률은 적지만 공진 조건을 만족하는 이온화된 가스에 어두운 광자가 들어갈 때 변환이 가속화될 수 있습니다.
과학자들의 시뮬레이션은 어두운 광자가약 10-14 eV/c 2 (전자 질량보다 약 10 19 배 작음)의 매우 작은 질량을 가진 은 작은 적색편이를 가진 Lyman-alpha 구름에서 공명적으로 광자로 변환될 수 있습니다. 이 변환은 가스에 수소 원자당 5~7eV의 에너지를 도입합니다. 이것은 관찰을 설명하기에 충분합니다.
과학자들은 이 가설을 확인하고 분자 구름에서 관측된 가스 가열에 대한 가능한 대안 설명을 거부할 추가 실험을 진행하고 있습니다.
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