银心潜藏“红与黑”的伽玛射线和暗物质

费尔米实验室的研究人员分析了数据，从银河系中心喷出的射线可能含有暗物质的线索，他们观测了银河系中心的喷发现象，在伽玛射线的喷发景观中似乎找到了暗物质的痕迹。暗物质和从银心喷出的射线可能存在未知的联系，这是一条新的研究路径。人们对暗物质的神秘属性知之甚少，它是的一种不发光的物质，暗物质构成了宇宙总物质的大部分。科学团队使用了NASA的费尔米伽玛射线望远镜的数据，从数据分析中提出了暗物质的可性能。费尔米国家加速实验室（FermiLab）、哈佛-斯密森尼天体物理研究中心（CFA）、麻省理工学院（MIT）和芝加哥大学的研究人员开发了先进的图形技术。

通过图像分析得到了从银心发射的高能伽玛射线，实际上在银河系中心有过量的射线，过去对过量的射线源没有给出合理的解释，科学团现在认为，银心过量的射线与暗物质理论的解释保持了一致，暗物质的相互作用可能产生了过量的射线。费尔米实验室位于巴达维亚，实验室的天体物理学家丹·胡珀解释说，新开发的图形技术对分析过量的射线十分有效，以往的科学家考虑了常规性的解释，诸如：过量的射线可能来源于类星体和宇宙射线，气体云团的碰撞产生过量的射线。

目前的常规理论很难解释过量射线的来源，也与暗物质简单模型的预测相违背。银心充斥了各种伽玛射线源，有相互作用的双星系和单脉冲星，有从超新星暴留下的残骸和物质粒子、星际气体的撞击。从多样性的射线源进行推测，暗物质在星系中心的分布密度最高，有必要从星系中心寻找暗物质的踪迹。目前，科学家主要通过暗物质对普通物质的引力作用来推断暗物质存在的可能，星系结构通过暗物质的巨大作用得以建立，暗物质是星系形成的动力之源。

科学家对暗物质真实的性质了解甚少，他们假设了大质量的WIMPs粒子，这是一种只有弱相互作用的暗物质粒子，作为暗物质粒子的主要候选对象，科学家预测了多个类型的WIMPs，有些WIMPs粒子可能有其中之一的性质：其一是粒子在相互作用中产生了湮灭现象，其二是在它们的相互作用中产生了快速衰减的中间阶段粒子。无论有哪一种性质，当WIMPs粒子发生了相互碰撞之后，它们会以伽玛射线辐射的方式完成生命的周期。伽玛射线是最高能量的光线，费尔米大视域望远镜（LAT）对一定能量范围的伽玛射线进行测量。

科学团队从LAT的银心观测资料中仔细剔除了已知的伽玛射线源，存在残余的过量伽玛射线，最突出的特征在于能量的范围为10亿到30亿电子伏特（Gev），能量的级别基本上相当于可见光能量的10亿倍，高能射线从银心开始向外延伸，达到了5000光年远的区域。发生湮灭作用的暗物质粒子的质量从31到40电子伏特，它们是产生伽玛射线的合适粒子，从而解开了过量伽玛射线的来源之谜，这些过量的射线从银心发出，向外均匀喷射的射线束呈对称性分布。

《物理学评论D》发表了胡珀科学团队的研究成果，应用暗物质机制解释了过量伽玛射线的来源，其它的理论解释有所不同，抛开暗物质介入的解释方式都遇到了很大的困难，。麻省理工学院（MIT）位于坎布里奇，学院的理论物理学家特雷西·斯列泰尔解释说，经过欧洲大型强子对撞机（LHC）的实验，研究人员直接探测了特定质量范围的暗物质粒子，从实验室了解暗物质粒子的相互作用，相应的天文探测活动十分缺乏。从LAT得到了探测信号，科学团队的成员在振奋之余，没有停止天文探测的过程，他们假想了暗物质粒子在相互湮灭中产生了伽玛射线信号。

CFA位于坎布里奇，研究中心的天文学和物理学教授道格拉斯·芬克拜纳解释说，银心出现了过量的伽玛射线现象，科学家已经列举了一份射线源的清单，使用了排除法，已知的射线源被剔除，剩下的射线源可能带来了过量的射线，剩余的射线源可能最终指向了暗物质。LAT项目的主要研究员、斯坦福大学的物理学教授彼得·迈克逊解释说，他们在银心过量伽玛射线的研究中开发了新的技术，在费尔米射线望远镜和LAT项目合作的过程中，不断开发和应用了先进的技术，对星系中心区不同寻常的复杂性进行观测和分析，追踪过量伽玛射线的来源。

银心有的巨量的暗物质，它们可能是过量射线的根源，不同类型的伽玛射线源混合在一起，主要性质掩盖在复杂的现象中，每一类射线源都有可能是过量射线的来源，然而，当科学家将视线从银心转移到其它的星系时，似乎有了水落石出的答案，他们清醒地认识到，暗物质的作用有可能是过量射线的来源。在银河系周围转动的矮星系似乎有巨量的暗物质，矮星系似乎是已知的暗物质数量的最大源泉。

矮星系缺失了其它类型的伽马玛射线源，矮星系比银心含有的暗物质数量多，但矮星系处在更为遥远的地方，天文学家只能收到更微弱的伽玛射线信号，需要对矮星系的微弱射线信号进行更多的观测。过去4年，LAT项目团队对矮星系信号和暗物质线索进行了分析，在研究成果的基础上，他们建立了比较严格的暗物质粒子WIMPs质量范围和相互作用的指标。2014年2月11日，费尔米射线望远镜团队记录了一次小规模的过量伽玛射线信号，获得了较高的研究价值。

卡福利研究所、斯坦福大学和国家加速器实验室处在同一地区，LAT的项目成员、卡福利研究所的粒子天体物理学家和宇宙学家艾略特·布鲁姆解释说，从矮星系接收的信号不是伽玛射线发出的，而是伽玛射线背景的某种量子涨落，这种可能性只有大约十二分之一，。天文学家在实施大视域数字巡天计划的过程中将会发现更多的矮星系。费尔米射线太空望远镜将持续收集观测数据，从矮星系搜索到更强信号的可能性是存在的，如果在矮星系接收到有价值的射线信号，那么更为强烈的射线信号可能作为一种旁证，银河系中心确实有巨量的暗物质，从银心喷发的伽玛射线可能源于暗物质粒子的相互作用。

（编译：2021-4-11）