破解世紀謎團之四：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
專研天文物理和宇宙學的香港中文大學物理系教授朱明中，一直致力探尋人類在百年前察覺的世紀謎題─暗物質（Dark matter）。隨着科學不斷進步，近年包括中微子以至新出現的重力波信號等，都一一化為他的工具，哪怕是遠在銀河系外發生的超新星爆炸，都有機會發出重力波信號並傳至地球，其中更可望蘊含關鍵信息，助力人類破解這種主導並牽引着宇宙萬物，卻始終未能一窺其真貌的神秘物質的謎團。
◆香港文匯報記者 姜嘉軒
科研令人沉醉的其中一點，在於當下發現的成果並不代表終點，而是啟發我們探索更多未知領域、引領人類不斷向前的關鍵鑰匙。2016年2月，科學界宣布成功探測到兩個黑洞合併所產生的重力波（Gravitational wave，又作引力波），證實一個世紀前愛因斯坦廣義相對論的重要預言；數年過去，如今重力波信號更成為科學家發掘宇宙未知真相的全新利器。
「科學界基本上都幾肯定，宇宙中暗物質遠多於我們已知的普通物質，但我們仍然未知它到底是什麼，它不發光，似乎就只會產生萬有引力，或少少弱作用力。」暗物質可算是當代宇宙學最大謎題之一，朱明中近日接受香港文匯報專訪時指，人類約在百年前開始察覺其存在，然而一直沒有任何直接觀測證據，只能以間接方式推斷其存在。
暗物質混入星體使光度減弱
朱明中約在10年前開始鑽研暗物質，他透過觀測超新星爆炸，從而了解當中有否暗物質「混入」星體之中，「過往一直去量度超新星，都是量度其光度變化圖……我們發現如果（星體）多了暗物質，會令其光度減弱，而且光度變化的闊度亦會不同。」
不過，利用可見光研究超新星存在一些問題，「根據傳統天文學上的估計，每個星系大概三四十年就有一次超新星爆炸……不過銀河系上一次發生我們肉眼可見的超新星，已經是400年前。」朱明中解釋，其中一個可能是這段期間的確沒有超新星爆炸，但另一個更大的可能性，就是爆炸的超新星跟地球間，存在氣體、塵埃、星星等因素阻擋，「光線根本傳不過來，就算它爆發，我們也看不到。」
正因如此，朱明中近年積極利用重力波信號作為暗物質的觀測工具，並鎖定在可見光波段較暗，但可發出較強重力波和中微子信號的AIC類超新星作為研究目標。「假如超新星爆炸之前，有很多暗物質混在裏面的話，會令其爆炸減弱，而且星體爆炸時是轉動的話，就會衍生好多重力波信號，這些重力波亦會受到星體原本的暗物質影響。」
團隊的工作就是要預先模擬不同情況計算，「在沒有暗物質情況下，星體原本轉動有多快，爆炸時產生的重力波會是如何。之後再假設加一些暗物質，然後又再計算……如是者，我們要做好多個可能性，希望若有天量度到重力波後，用來作比對，哪個會是最大可能。」
重力波有優有劣 中微子互為印證
朱明中解釋，重力波的優勢在於可以探測更遠星體，「重力波能穿透所有物質，即使（爆炸）發生在銀河系的另一邊，途中有很多物體阻擋了光信號，但其所發放的重力波，我們都能量度到。」
惟重力波信號也有弱點，就是爆炸必須呈不對稱才會發出，「要放出重力波，一方面需要很猛烈的星體運動，而且是要不對稱。一旦是球狀對稱的爆炸，重力波就可能好微弱，甚至沒有信號發出。」
因此，朱明中分享這項研究也運用了中微子（neutrino）信號作為另一觀測工具，與重力波相輔相成，互為引證，「相比重力波，中微子（傳播距離）沒那麼遠……但兩種信號會帶有不同資料，如果兩種都量度到，一來會加強我們的信心，確定信號是來自AIC類超新星爆炸，二來亦有助於我們分辨，例如它（超新星）有多遠、轉動多快、如何不對稱等。」
