中大學者提新理論，同步探索暗物質與太陽溫度分布曲線
星系間暗物質、太陽大氣密度及溫度的空間分布，是天文物理研究領域重要主題，近日中央大學郝玲妮教授團隊針對星群間暗物質、太陽大氣熱力學提出新理論模式，能解釋宇宙暗物質溫度隨銀河團中心距離先增後減的空間分布情況，也成功建構太陽大氣由光球層、色球層、過渡區至日冕層的溫度分布。
在宇宙所有構成中，能被觀測的一般物質僅占 5%，不與光、電磁波作用而無法直接探測的暗物質占 27%，神祕暗能量則占 68%，暗物質成分目前尚無定論，但它們能透過引力影響星系運動。
現有暗物質理論模式雖能正確解釋密度隨距離的分布結果，但溫度分布結果並不正確，理論認為暗物質溫度隨距離銀河團中心的增加而減少，但現有間接證據顯示，暗物質溫度隨距離變化的分布非單調性。
除了暗物質，太陽大氣溫度隨高度的變化，長期以來也沒有適當理論可解釋，當前理論模式只能定性解釋過渡區及日冕層的溫度分布，但無法明確說明光球層到日冕層溫度從 5,800 度飆升至 100 萬度。
對此，郝玲妮教授團隊提出新的統計熱力學理論模式，既可以解釋暗物質溫度隨距離銀河團中心先增後減的空間分布數據，還成功建構出太陽大氣光球層、色球層、過渡區、日冕層的溫度分布，尤其是光球層溫度先快速降至色球層最低點。再於過渡區快速增至日冕層的 100 萬度。
根據新理論模式，暗物質是由無數具有質量的多體組成之重力自生（self-gravity）系統，而太陽大氣則是多粒子氣體或電漿，受太陽重力場作用，這兩種多體系統的組成粒子或暗物質具各種不同速度及動能。
在一般熱平衡系統中，粒子速度分布為高斯函數（或稱 Maxwellian distribution），其對應的溫度為常數，不具空間變化；但新理論提出粒子或暗物質的速度分布為非熱平衡的廣義 Kappa 函數，人造衛星儀器普遍可從太陽噴發的帶電粒子中觀測到。
研究也顯示，只有在極端非熱平衡系統中，方能產生暗物質及太陽大氣出現的特殊溫度分布，這是過去的速度分布函數無法解釋的物理現象。
由於太陽大氣噴發的大量高能輻射及帶電粒子會干擾地球電磁環境並影響衛星通訊，研究太陽對於日地物理、太空天氣有重要應用；進一步研究暗物質則有助人類更理解宇宙形成與基本物質特性。
新論文發表在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。
（首圖來源：pixabay）