銀心潛藏“紅與黑”的伽瑪射線和暗物質

費爾米實驗室的研究人員分析了數據，從銀河系中心噴出的射線可能含有暗物質的線索，他們觀測了銀河系中心的噴發現象，在伽瑪射線的噴發景觀中似乎找到了暗物質的痕跡。暗物質和從銀心噴出的射線可能存在未知的聯繫，這是一條新的研究路徑。人們對暗物質的神秘屬性知之甚少，它是的一種不發光的物質，暗物質構成了宇宙總物質的大部分。科學團隊使用了NASA的費爾米伽瑪射線望遠鏡的數據，從數據分析中提出了暗物質的可性能。費爾米國家加速實驗室（FermiLab）、哈佛-斯密森尼天體物理研究中心（CFA）、麻省理工學院（MIT）和芝加哥大學的研究人員開發了先進的圖形技術。

通過圖像分析得到了從銀心發射的高能伽瑪射線，實際上在銀河系中心有過量的射線，過去對過量的射線源沒有給出合理的解釋，科學團現在認爲，銀心過量的射線與暗物質理論的解釋保持了一致，暗物質的相互作用可能產生了過量的射線。費爾米實驗室位於巴達維亞，實驗室的天體物理學家丹·胡珀解釋說，新開發的圖形技術對分析過量的射線十分有效，以往的科學家考慮了常規性的解釋，諸如：過量的射線可能來源於類星體和宇宙射線，氣體雲團的碰撞產生過量的射線。

目前的常規理論很難解釋過量射線的來源，也與暗物質簡單模型的預測相違背。銀心充斥了各種伽瑪射線源，有相互作用的雙星系和單脈衝星，有從超新星暴留下的殘骸和物質粒子、星際氣體的撞擊。從多樣性的射線源進行推測，暗物質在星系中心的分佈密度最高，有必要從星系中心尋找暗物質的蹤跡。目前，科學家主要通過暗物質對普通物質的引力作用來推斷暗物質存在的可能，星系結構通過暗物質的巨大作用得以建立，暗物質是星系形成的動力之源。

科學家對暗物質真實的性質瞭解甚少，他們假設了大質量的WIMPs粒子，這是一種只有弱相互作用的暗物質粒子，作爲暗物質粒子的主要候選對象，科學家預測了多個類型的WIMPs，有些WIMPs粒子可能有其中之一的性質：其一是粒子在相互作用中產生了湮滅現象，其二是在它們的相互作用中產生了快速衰減的中間階段粒子。無論有哪一種性質，當WIMPs粒子發生了相互碰撞之後，它們會以伽瑪射線輻射的方式完成生命的週期。伽瑪射線是最高能量的光線，費爾米大視域望遠鏡（LAT）對一定能量範圍的伽瑪射線進行測量。

科學團隊從LAT的銀心觀測資料中仔細剔除了已知的伽瑪射線源，存在殘餘的過量伽瑪射線，最突出的特徵在於能量的範圍爲10億到30億電子伏特（Gev），能量的級別基本上相當於可見光能量的10億倍，高能射線從銀心開始向外延伸，達到了5000光年遠的區域。發生湮滅作用的暗物質粒子的質量從31到40電子伏特，它們是產生伽瑪射線的合適粒子，從而解開了過量伽瑪射線的來源之謎，這些過量的射線從銀心發出，向外均勻噴射的射線束呈對稱性分佈。

《物理學評論D》發表了胡珀科學團隊的研究成果，應用暗物質機制解釋了過量伽瑪射線的來源，其它的理論解釋有所不同，拋開暗物質介入的解釋方式都遇到了很大的困難，。麻省理工學院（MIT）位於坎布里奇，學院的理論物理學家特雷西·斯列泰爾解釋說，經過歐洲大型強子對撞機（LHC）的實驗，研究人員直接探測了特定質量範圍的暗物質粒子，從實驗室瞭解暗物質粒子的相互作用，相應的天文探測活動十分缺乏。從LAT得到了探測信號，科學團隊的成員在振奮之餘，沒有停止天文探測的過程，他們假想了暗物質粒子在相互湮滅中產生了伽瑪射線信號。

CFA位於坎布里奇，研究中心的天文學和物理學教授道格拉斯·芬克拜納解釋說，銀心出現了過量的伽瑪射線現象，科學家已經列舉了一份射線源的清單，使用了排除法，已知的射線源被剔除，剩下的射線源可能帶來了過量的射線，剩餘的射線源可能最終指向了暗物質。LAT項目的主要研究員、斯坦福大學的物理學教授彼得·邁克遜解釋說，他們在銀心過量伽瑪射線的研究中開發了新的技術，在費爾米射線望遠鏡和LAT項目合作的過程中，不斷開發和應用了先進的技術，對星系中心區不同尋常的複雜性進行觀測和分析，追蹤過量伽瑪射線的來源。

銀心有的巨量的暗物質，它們可能是過量射線的根源，不同類型的伽瑪射線源混合在一起，主要性質掩蓋在複雜的現象中，每一類射線源都有可能是過量射線的來源，然而，當科學家將視線從銀心轉移到其它的星系時，似乎有了水落石出的答案，他們清醒地認識到，暗物質的作用有可能是過量射線的來源。在銀河系周圍轉動的矮星系似乎有巨量的暗物質，矮星系似乎是已知的暗物質數量的最大源泉。

矮星系缺失了其它類型的伽馬瑪射線源，矮星系比銀心含有的暗物質數量多，但矮星系處在更爲遙遠的地方，天文學家只能收到更微弱的伽瑪射線信號，需要對矮星系的微弱射線信號進行更多的觀測。過去4年，LAT項目團隊對矮星系信號和暗物質線索進行了分析，在研究成果的基礎上，他們建立了比較嚴格的暗物質粒子WIMPs質量範圍和相互作用的指標。2014年2月11日，費爾米射線望遠鏡團隊記錄了一次小規模的過量伽瑪射線信號，獲得了較高的研究價值。

卡福利研究所、斯坦福大學和國家加速器實驗室處在同一地區，LAT的項目成員、卡福利研究所的粒子天體物理學家和宇宙學家艾略特·布魯姆解釋說，從矮星系接收的信號不是伽瑪射線發出的，而是伽瑪射線背景的某種量子漲落，這種可能性只有大約十二分之一，。天文學家在實施大視域數字巡天計劃的過程中將會發現更多的矮星系。費爾米射線太空望遠鏡將持續收集觀測數據，從矮星系搜索到更強信號的可能性是存在的，如果在矮星系接收到有價值的射線信號，那麼更爲強烈的射線信號可能作爲一種旁證，銀河系中心確實有巨量的暗物質，從銀心噴發的伽瑪射線可能源於暗物質粒子的相互作用。

（編譯：2021-4-11）