科学家在银河系首次探测到暗物质踪迹

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一些科学家说，未来的十年将是暗物质的十年，而探测这种神秘物质的结果要么获得成功，要么便是排除关于暗物质到底是什么的最有希望的假设。但是两位天体物理学家表示，天文学家或许已经在我们自己的银河系中央探测到暗物质的信号。

美国加利福尼亚大学欧文分校的Kevork Abazajian和Manoj Kaplinghat在近日递交给arXiv预印本服务器的一篇论文中报告说，来自美国宇航局（NASA）的星载费米伽马射线空间望远镜的数据揭示了源自银河系中心的一些额外的伽马射线，它们可能是由彼此湮灭的暗物质粒子所产生的。Abazajian表示：“这里肯定有一些来源，它符合对于暗物质的解释。”然而其他的研究人员认为，这些额外的伽马射线可能是Abazajian和Kaplinghat模拟伽马射线通量的方式所产生的假象，或者可能源自更为普通的来源。

天文学家有充分的证据，证明暗物质提供了大部分的引力，从而防止恒星冲出星系。而且，宇宙学家已经指出，暗物质占据了宇宙中所有物质的85%。但是，物理学家并不知道暗物质到底是什么。

最主要的假设认为，暗物质可能是由弱作用大质量粒子，或者说WIMPs构成，这是由一些理论所预测的。WIMPs足够多到可以产生大量引力，但却与普通物质仅有非常微弱的相互作用。每个星系都会在内部形成一个巨大的WIMPs云团。

物理学家正在通过多种途径寻找WIMPs。一些人正在尝试用精致敏感的地下探测器找到它们。其他人则希望在全世界最大的粒子加速器——位于瑞士的大型强子对撞机——上生成WIMPs。当WIMPs碰撞在一起形成普通物质，例如伽马射线时，它们也会彼此湮灭，并且天体物理学家如今正在梳理天空以寻找此类湮灭的迹象。

Abazajian和Kaplinghat表示，400多位与费米人造卫星一道工作的研究人员或许已经找到了证据。这两位理论学家分析了采集自2008年8月至2012年6月的数据，并聚焦于银河系中央附近的一块7度乘以7度的天空。相对于每4个能量量程，研究人员绘制了跨越这块天空的辐射情况。他们将每个地图负载于由费米人造卫星在这一区域发现的包括17个点状伽马射线源的“基准模型”，一个源自银河系中心普通辐射的“弥散”背景，和一个空间统一的背景之上。

研究人员随后将这些数据加载到另一个包括了来自暗物质湮灭贡献的模型中，其中包含了这些暗物质分布的理论评估以及粒子湮灭如何产生伽马射线。他们发现，添加的暗物质湮灭大大改善了这种加载，从而意味着那里有来自暗物质的额外的伽马射线。

研究人员从来自附近星系中心的伽马射线辐射图中减去已知来源和其他背景的贡献，从而得到来自暗物质的辐射图。

图片来源：Kevork Abazajian/加利福尼亚大学欧文分校

其他研究人员，包括美国伊利诺伊州巴达维亚市费米国家加速器实验室的Daniel Hooper已经提出了类似的论断。事实上，Abazajian之前曾极力反对这种解释。但是Abazajian指出，新的分析表明，暗物质假说在三个关键方向上符合了这些数据——它具有恰当的能量分布、恰当的空间分布，以及恰当的强度。他说：“当我看到这些，我便想：‘不会吧！’”但是Abazajian警告说，伽马射线也可能来自于一个并不是那么独特的来源，例如之前未被发现的脉冲星。

费米人造卫星研究团队成员之一、加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的理论天体物理学家Stefano Profumo表示，这些伽马射线或许能够用一种更为简单的方式加以解释。Profumo说，Abazajian和Hooper的分析关键取决于弥散的星系背景模型。他说，该模型已被派生来描绘围绕银河系中心的一个更大的区域，并且“完全无视于星系中心的细节”。因此，他警告说，加载的数据在该模型上的使用可能会产生误导性的结果。尽管如此，Profumo依然赞同星系中心是寻找暗物质证据的一个主要区域。