這段時間，網絡上有很多消息在說，我們的地球衝進了銀河系的一個黑暗團流區，遭受暗物質颶風，他們說得神乎其神，這個所謂的黑暗團流區是什麼？對人類有什麼影響？為何我們沒有感覺到呢？你又是否聽過《銀河吃香腸事件》？
銀河系吃掉了根香腸
其實要了解這個話題，咱們先得回顧下《銀河吃香腸事件》。咱們的銀河系包含了大約1000億顆恆星，形成了一個扁平的旋轉盤。它在過去的幾十億年里經歷了多次與其他星系的合併和碰撞，從而形成了現在它的結構和組成。
其中最重要的一次碰撞，就是與被稱為“香腸星系”的矮星系的相撞。香腸星系是一個比銀河系小得多的星系，它的質量大約是太陽的100億倍，相當於銀河系的1%。它的名字來源於它的恆星軌道的形狀，它們幾乎都是沿着銀河系半徑的方向，形成了一個狹長的香腸狀。
香腸星系是從一個非常刁鑽的角度撞進銀河系的，它的軌道非常偏心，而且很快就被銀河系的引力撕裂了，然後就被消化成了銀河系的養分。
這次碰撞發生在大約80至100億年前，當時的銀河系還是一個年輕的星系，它的銀盤還沒有完全形成。香腸星系的撞擊造成了極大的騷亂，它的恆星、氣體和暗物質都被甩到了銀河系的內部，與銀河系的原有成分混合。
這次碰撞永久性地重塑了銀河系的銀盤的結構，使其變得更厚更扭曲，甚至出現了“骨折”。同時，香腸星系的殘骸也形成了銀河系中心的球狀隆起和周圍的恆星暈，這些都是銀河系的重要特徵。
香腸星系的殘骸並沒有完全消失，它們仍然在銀河系內部留下了一些痕迹。科學家們通過觀測銀河系的恆星的位置、速度和化學成分，發現了一些與香腸星系有關的證據。
英國劍橋大學的科學家們發現了至少8個球狀星團，它們是由香腸星系帶進銀河系的，因為小星系通常沒有自己的球狀星團。這些球狀星團的名字都以“蓋亞（Gaia Sausage）”開頭，用來紀念歐洲空間局的蓋亞衛星。
之前提到的黑暗團流區，被科學家們稱為S1流。
S1流的發現是通過歐洲空間局的蓋亞衛星的數據進行的，蓋亞衛星可以測量數十億顆恆星的位置和運動。通過分析Gaia衛星的第二批數據，科學家們發現了一些異常的恆星，它們的速度與周圍的恆星不一致，而且它們的化學成分也有所不同。
這些恆星被認為是S1流的一部分，它們的數量大約有3萬顆，占銀河系恆星總數的0.1%。
這些團流區是由一些相互靠近的恆星組成的，它們的運動方向和速度都很相似，但是與銀河系的其他恆星不同。科學家們認為，這些團流區是被銀河系吞噬的香腸星系的殘骸。
那所謂的暗物質颶風又和這些黑暗流團有什麼關係呢？
什麼是暗物質？
要了解這個問題，我們得先來簡單認識下暗物質，在我們生活的世界裡，目之所及的一切，包括各種星體，都是由普通的物質構成的。簡單的說，比如原子、分子、電子等。它們都與光反應，所以我們看到的世界是有形的。
但暗物質是一種不與電磁力產生作用的物質，也就是不會吸收、反射或發出光。人類目前只能透過重力產生的效應得知暗物質的存在，而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。
暗物質的名稱是相對於可見物質而言的，這種不可見物質，並不一定是黑暗的，只是我們人類的眼睛和儀器無法直接看到它，現在關於它的圖片全部都是構想圖。
暗物質的本質是什麼，它是由什麼樣的粒子構成的，它是如何形成和分布的，這些都是物理學和天文學中的重大未解問題。
既然暗物質看不見，那麼最開始人類是怎麼發現暗物質的呢？這得從上世紀二十年代開始說起。這一時期星系天文學剛剛興起，人們開始認識到我們所在的銀河系並不是宇宙的全部，在銀河系之外還有眾多其他的星系。
正如恆星會在引力的作用下聚集形成星系，星系之間也會在由於引力而結團形成更大的星系團結構。引力也就決定了它們的運動速度，根據引力科學家就使用三種主要的方法來測量星系的質量：時間參數法，丰度匹配法，和動力學法。
時間參數法測量兩個星系相互靠近的速度，並用這些動力學信息來預測質量。丰度匹配法利用星系的光度和恆星形成率與質量的關係來估算質量。動力學法利用星系內部或外部的物質（如恆星、氣體、衛星星系、引力透鏡等）的運動來計算質量。
如果星系團中的大多數物質是發光的，那麼這兩種質量應當不相上下。在三十年代，天文學家Zwicky和Smith卻發現了一件不可思議的事：某些星系團的光度質量實際上遠小於其動力學質量。
也就是說，宇宙中發光物質或者說可見物質的總量可能要遠少於不發光的物質。這些不發光的物質不參與電磁相互作用，沒有任何電磁信號，人們只能通過其龐大的引力效應去感受它們，這就是暗物質最初的觀測證據。
暗物質颶風向地球衝擊？
所謂的暗物質颶風，顧名思義就是大量的暗物質匯聚高速流動的不可見，不可觸洪流。很多文章都在說，我們衝進了銀河系的黑暗流團，還引用了薩拉戈薩大學的Ciaran O'Hare及其同事的一篇科學文章。
但經過筆者的查證他們的說法是對文章的誤讀，這篇文章並沒有聲稱我們的地球已經衝進了銀河系的黑暗流團，並且正在經歷暗物質颶風。
文章只是說如果計算出的軌跡模型沒有問題的話，這股所謂的暗物質颶風有可能經過我們的太陽系附近。作者估計，S1中的暗物質的密度約為10^-6 kg/m^3，遠低於我們太陽系中普通物質的密度。
作者也沒有說地球會以每秒500公里的速度與暗物質相撞。他們只是說暗物質會與我們太陽系中的一些原子相互作用，產生微小的閃光，這些閃光可以被未來的實驗檢測到。而且這些信號非常微弱，需要非常靈敏的WIMPs探測器來觀察。
WIMPs是Weakly Interacting Massive Particles的縮寫，它們是一類質量較大但與普通物質相互作用極為微弱的粒子。暗物質，通過引力的力量影響着宇宙的演變，但因為它不發出光線，所以我們無法直接觀測到它。
WIMPs被認為是暗物質的有力候選者，因此科學家們設計了WIMPs探測器，希望通過WIMPs與普通物質的微弱相互作用來揭示暗物質的面紗。但是這類探測器的原理並不複雜。它們把特定的物質，如氙、氬、鍺等，作為目標。
當WIMPs穿過這些物質並與其發生微弱碰撞時，會傳遞一些微小的能量給物質的原子核或電子，導致反衝或電離。這些微小的變化會產生可測量的信號，如光子、電子、熱量等。通過精密的測量和分析這些信號，科學家們可以判斷是否存在WIMPs，以及它們的性質、質量和運動狀態等信息。
雖然原理簡單，但是WIMPs探測並非易事。由於WIMPs與普通物質的相互作用概率極低，探測器需要使用大量的物質，並且需要長時間的觀測。同時，各種可能的干擾背景噪音，如宇宙射線、放射性物質和熱噪音，也需要被排除。
為了降低這些干擾，WIMPs探測器一般被安置在地下深處，使用純凈的材料，維持低溫低壓的環境，並採用多種技術來區分信號和噪音。
目前，全球範圍內有許多WIMPs探測器正在運行或建設中，如XENON、LUX、我國的Panda X等。它們採用不同的探測物質、技術和位置，希望能夠找到或限制WIMPs的存在，為解開暗物質之謎貢獻一份力量。
拿我國的Panda X舉例，在多數人的印象中四川大涼山是個較為封閉的地方，但我國的WIMPs探測器Panda X就在涼山錦屏地下實驗室的深處，是世界上最大埋深、宇宙線本底最低的地下實驗室。
Panda X探測器已經完成了三代實驗，分別是Panda X-I（120公斤）、Panda X-II（580公斤）和Panda X-4T（3.7噸）。Panda X-II實驗在2016年和2017年間取得了國際領先的對暗物質性質的限制，成果入選了科技導報十大科學進展和美國物理學會的亮點。
而Panda X-4T實驗則於2020年11月開始運行，在2021年7月發布了首個暗物質搜尋結果，覆蓋了之前未被探測過的暗物質與普通物質相互作用的參數空間，成為迄今為止對暗物質搜尋最成功的實驗。
未來，Panda X實驗還計劃建設下一代多十噸級的實驗，Panda X-xT。這一計劃旨在成為最終的暗物質直接探測實驗，並測試中微子是否是馬約拉納粒子的領先項目。通過不懈的努力，PandaX探測器正在為我們解開宇宙中最深層次的謎團提供關鍵線索。
參考資料：
1 暗物質像颶風一樣吹來，物理雜誌，2018
2 暗物質“颶風”正在吹過地球；尼科斯·迪米特里斯·法科塔基斯，2018
3 一場“暗物質颶風”可以幫助科學家發現這種奇怪的物質；切爾西·戈赫徳，2018
4 80億年前，“香腸星系”撞擊銀河系，永遠改變了銀河系的未來；火星科普，2018
5 極深地下探秘宇宙的“熊貓X”實驗；上海交通大學物理與天文學院 李政道研究所，2021
