试想这么一个画面:在你看这篇文章的此刻,正有数十亿颗看不见的“冰块流浪汉”,悄无声息地从银河深处穿行而过,它们不发光,不轰鸣,却可能集体掂量着整个星系四成以上的隐秘质量。这个大胆的猜想来自一群天文学家——不是科幻,而是一篇刚挂在预印本上的新鲜计算。一切,要从一颗名叫3I/ATLAS的“闯入者”说起。

去年,天文圈被一颗怪东西搅得沸沸扬扬。它不是普通的小行星,也不是来自太阳系内部,而是继奥陌陌和鲍里索夫之后,人类确认的第三位星际访客。3I/ATLAS拖着淡淡的彗发,用一条远超太阳系逃逸速度的轨道,明确告诉所有望远镜:我来自别家。天文学家先是忙着更新对系外行星系统的认知,接着突然意识到,这个家伙可能还指向一个更根本的问题——我们苦苦追寻的暗物质,是不是有一部分,根本就不是“暗”的?

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德国汉堡大学的研究人员快速出手了。他们在arXiv预印本库扔出一篇论文,试图做一件听起来有点“狂”的算术:把整个银河系里飘荡的星际天体——简称ISO——全部拎出来,看它们能填上多少所谓的“失踪质量”。这里必须先解释一下,什么叫失踪质量。

银河系旋转起来有一股蛮劲儿。恒星们绕着中心跑得飞快,如果你用牛顿力学去倒推,会发现这点看得见的星星,根本提供不了足够的引力把大家拴在一起。天文学家早就画出了一条“星系旋转曲线”,实测速度比可见物质该造成的速度高出老大一截。就好像你骑旋转木马,转得快要飞出去,可你数来数去,木马上没坐几个人——一定还有看不见的吨位在暗中使劲。这部分照理该有却“不见了”的质量,就叫失踪质量,也正是暗物质假说的起点。

长久以来,科学家都认定,贡献这堆隐形质量的就是暗物质本身:一种几乎不与光、不与普通粒子互动,只通过引力刷存在感的幽灵物质。盖亚卫星给出的最新估测是,银河系暗物质浓度约为每立方厘米0.44百兆电子伏特。这个数字听起来云里雾里,说人话就是:在你身边一个方糖大小的空间里,藏着相当于零点几个质子静止能量的暗物质——少得可怜,但全星系积攒起来就足以摁住旋臂不散架。

然而,星际彗星的连续来访敲了一记警钟:我们是不是一直忽略了一整类“看得见”的重物?ISO本身是有质量的,而且用望远镜、用雷达,原则上都能直接探测到,不像暗物质那般只能靠引力效应去猜。只是它们太暗、太小、太散,就像夜里举着手电筒在草原上找露珠,绝大多数根本反不了几星光子。

目前人类确认的ISO只有3个。第一个是2017年惊鸿一瞥的奥陌陌,形状古怪得像根雪茄,翻滚着远去。第二个是2019年出现的2I/鲍里索夫,更偏向一颗典型的彗星。第三个便是3I/ATLAS,也是迄今为止个头最大的,估计半径在0.16公里到2.8公里之间。注意这个范围,差得可有点多。因为物体的质量随半径立方增长,半径从0.16跳到2.8,质量可以相差五千倍以上,这直接意味着,最大星际访客的重量估算像个弹簧秤,上下浮动极大。

但关键是,我们知道这三个绝不是孤例。银河系里有上千亿颗恒星,每一颗都可能像太阳一样,在形成阶段向外抛射了无数未能汇入行星的冰岩碎屑。理论推算早就暗示,星际空间里流浪的微行星,其数量级可能是十亿甚至万亿计。它们像一群无声的飞蛾,沿着星系引力场织出的蛛网,盘旋在恒星的间隙之中。那么问题就变得非常朴素了:这海量的、目前我们几乎看不见的“飞蛾”,加起来到底有多重?能不能解释一部分失踪质量?

要回答这个问题,研究团队不可能去一颗颗数——连抓拍第四颗都难于上青天。他们采取了一种统计方法,泊松分布。这个工具擅长估计稀有事件的出现频率,好比根据一个十字路口过去一年发生的交通事故次数,推算未来某天同时出现两起事故的概率。科学家把3I/ATLAS当作一个“采样点”,输入泊松模型,去反推银河系本地——也就是太阳周边这片区域——类似大小的星际彗星密度。结果暗示,我们身边可能浮游着相当数量的这类“暗礁”,它们不是暗物质,却暗得像暗物质一样难以察觉。

紧接着,团队再往前迈了一步:假设这种局部密度可以代表整个星系的普遍情形,那么这些ISO总共能贡献多少质量?算出来的比例,可能让你不禁挑眉:它们或许能解释当前划归暗物质的那部分质量中的13%到45%。换句话说,原先以为必须全部由幽灵粒子承担的引力缺口,可能有将近一半,其实是来自实实在在的冰块和石头——只是这些冰块和石头藏得太好,我们一直没注意到它们的集体体重。

这个结果当然不是最终答案,论文自己也诚恳地划出了漏洞。最大的短板是,他们在进行泊松推算时,实质上是把仅有的一个样本——3I/ATLAS——当成整个ISO族群的典型代表,然后外推到了全银河。这就好比你在海边捡到一枚贝壳,就据此推断整个大陆架的贝类生物量,不确定性大到可以吞下一头蓝鲸。更何况,这枚“贝壳”的大小还模糊得很:半径是0.16公里还是2.8公里,直接左右最终结论是逼近13%还是冲向45%。

另一个值得思辨的点在于,这些星际彗星本身的分布均匀与否。如果它们主要扎堆在银盘或者集中在外围晕区,那么对旋转曲线的贡献就可能完全不同于均匀分布的假设。而旋转曲线是测量失踪质量的基础,一处局部密度的波动,就会让整个计算产生漂移。

尽管如此,这个思考方向的刺激之处在于,它把暗物质问题从一个“纯粒子物理学困境”拉回到了“也许有一部分是普通重子物质躲猫猫”的视角。几十年来,大量搜寻暗物质粒子的实验都空手而归,无论是放置在地下千米的液氙探测器,还是太空中的磁谱仪,都没能抓住一个确凿的信号。如果最终发现,失踪质量的一部分其实是数不清的星际彗星,那将意味着我们根本不必发明新粒子,只需重新清点一次太阳系门口的“流浪人口”。

更进一步想,这项研究也悄悄改变了星际访客的身份——从猎奇新闻变成宇宙学探针。过去我们看待奥陌陌、鲍里索夫、3I/ATLAS,更多是带着“哇,天外来客!”的惊奇。而现在,它们或许可以充当银河质量的“抽样调查员”。每多发现一颗ISO,我们就能把泊松分布的参数校准得更准一点,把13%到45%这个宽得没谱的置信区间往中间挤一挤。一个原本属于行星科学领域的话题,就这样和暗物质宇宙学发生了妙不可言的化学反应。

如果未来更灵敏的巡天望远镜,比如薇拉·鲁宾天文台开始扫描夜空,我们有望在一年内发现数百甚至数千颗ISO。那时,统计样本将足以真正验证或推翻这个假说。或许我们会发现,银河系真的携带着一圈由星际彗星组成的“灰质晕”,它不像暗物质那样完全透明,只是暗到我们刚刚才学会去点亮。或许,失踪质量的谜底,并不全在不可见的粒子王国里,有一部分,正拖着冰尘尾巴,掠过你头顶正上方几百亿公里处,静静奔赴下一场与未知恒星的擦肩。

说到底,科学的美妙就在于:当你以为答案必须到某个高深领域去找时,它可能就藏在几颗匆匆赶路的彗星里。不需要推翻教科书,只需重新打量一下,我们一直以为空空荡荡的星际空间,其实早已挤满了微弱的重量。