一个银河系中微弱的辉光可能是暗物质的一个脚印

By Sharmila Kuthunur published 11 hours ago

Dark Universe

 “我们将看到新的数据并证实一种理论而不是另一种——或者我们可能会什么都没发现，其中案例将是一个甚至来解决的更大秘密” 。

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这张300光年宽我们银河系核心的全景图。暗物质的签名可能在那里什么地方吗？(Image credit: NASA)

百年老的暗物质的秘密——被认为是将星系粘在一起的看不见的胶水——刚刚得到了一条现代线索。

科学家们说他们可能处在来证实这种难以捉摸的物质的存在的更近一步上，这要归功于新的提示在银河系中心的一个微弱辉光可能是暗物质的长期以来寻求的签名。

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的摩里此穆鲁领导了这项新研究，他告诉太空网站：“很难来实际上证明，但它确实似乎有可能”。

暗物质约占宇宙中物质的27%，仍然是宇宙学中最大的谜团之一。它不吸收或反射光，使它对望远镜完全的不可见。尽管数十年的实验，但从地下粒子探测器到环绕的空间天文台科学家们已经从未直接的探测到它。然而，现在来自穆鲁团队的新计算机仿真可能已经带我们一步更近来解码这个秘密。

表明银河系中心附近的暗物质可能不会像科学家们长期以来想的那样形成一个完美的球体的这些发现。相反它出现是扁平的，几乎是蛋形的，这种形状密切的镜像被美国宇航局费米伽马射线太空望远镜观测到的神秘伽马射线模式。

这建立在回到2008年的研究上，当时费米首次在银河系核心附近发现了一束宽和朦胧的高能的辉光，跨约7000光年延伸。这个信号比现有模型可能解释的远更亮。

一些科学家提出这些射线可能是被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）的不可见暗物质粒子碰撞和湮灭的副产品。其他人争论它们来自被称为毫秒脉冲星的快速旋转恒星残骸——古老的快速旋转中子星，像宇宙灯塔一样发射辐射束。

脉冲星理论有意义的，因为伽马射线辉光出现是扁平和凸起的，就像银河系的充满恒星的中心区域一样。如果暗物质是发光背后，科学家们已经期望了一个更平滑、更圆的图案。

穆鲁和他的团队决定放这两个想法来测试。利用强大的超级计算机，他们重新创造了银河系如何形成，包括数十亿年来与更小星系的剧烈碰撞和合并。研究人员发现了这些暴力事件在暗物质被在银河系核心分布的方式上留下了深刻的“指纹”。

当这一复杂的历史被分别考虑到时仿真的暗物质晕不再看起来是球形的。相反，新的研究报告它采取一种扁平的蛋一样的形状，与费米已经观察到的伽马射线发射模式匹配。

穆鲁说：“我们正在表明暗物质也有这种扁平的形状。因此它确实比以前远更好匹配（伽马射线）过剩” 。

这一发现提示暗物质可能仍然是银河系神秘辉光背后的一个强竞争者。但研究人员说这并不完全排除脉冲星。该团队得出这两种可能性现在“基本上无法区分” 的结论，

如果过量真的源自暗物质碰撞，这将标志着领先的暗物质候选者弱相互作用大质量粒子真的存在的第一个间接证据。

到2020年代末当切伦科夫望远镜阵列天文台（CTAO）开始从它在智利和西班牙的两个地点扫描天空时明确的答案可能到来。研究人员说该设施将能够以比费米高得多的分辨率来观测伽马射线，潜在的帮助他们区分有更高能量的脉冲星群和更低能量的湮灭暗物质粒子之间。

穆鲁补充说环绕银河系的更小矮星系的伽马射线观测可以进一步测试这两种可能性，这些矮星系的核在密集的口袋中宿主暗物质。

穆鲁说：“这就是我们希望来测量这个信号的地方。我们真的很期待这些观测” 。

科学家们确信暗物质就在那里。来探测它的探索可以说仍然是现代物理学中最令人沮丧和最令人兴奋的挑战之一。

穆鲁说：“对一些原因，它仍然躲避我们。我认为这个秘密使它甚至更有趣” 。

这一结果详细在10月16日发表在《物理评论快报》杂志上的一篇论文中。