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银河系中心异常伽玛射线区域,可能是第一个暗物质与普通物质作用的证据?

2024-11-29 215


科学家握有整个银河系的伽马射线分布图,知道银河系中心有个伽玛射线能量超标的异常区域。最近麻省理工学院团队新研究指出,这个明亮的伽马射线爆发地区很可能是暗物质作用的结果。

伽马射线(Gamma ray)是电磁频谱中最强大的波,它们通常由宇宙最热、最极端的物体产生,比如超新星、脉冲星、类星体等。银河盘面的伽玛射线来源物理学家大部分都了解,但在银河系中心有个区域称为银心 GeV 超量(Galactic Center GeV Excess,GCE),和其他地方相比起来存在过量伽马射线。

物理学家不太清楚如何解释,目前有 2 种主要说法:第一,那里可能有大量快速旋转的中子星(即脉冲星);或者更诱人的:浓厚的暗物质云互相碰撞湮灭产生大量的伽玛射线。

2015 年时,由麻省理工学院和普林斯顿大学组成的一个团队赞成第一种脉冲星说法,研究人员使用背景建模(background model)方法分析了费米伽玛射线太空望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope)对银河系中心的观测结果,描述银河系中所有可能产生伽马射线的粒子如何相互作用,研究得出的结论就是 GCE 很可能为脉冲星造成。

然而在最新研究中,麻省理工学院科学家重新评估分析,认为当年很可能落入了模式错误假设(mismodeling effect),真相也许不是脉冲星,而是回归暗物质。

GCE 看起来像半径约 5,000 光年的巨大球心,如果该球形区域轮廓是“光滑的”,代表伽玛射线来自暗物质;如果球型区域的轮廓是“颗粒状”,则代表伽玛射线来自一颗一颗的脉冲星。

当年的模型结合银河系中所有物质、气体、可能产生伽马射线的粒子相互作用等条件,结果显示光球轮廓 100% 为颗粒状,然而到了 2018 年,科学家使用同样方法进行交叉检查,结果仍和 2015 年无差异,让科学家担心可能错过了什么、模型不够强大。

模型测不出其他结果

麻省理工学院物理学家 Rebecca Leane、Tracy Slatyer 决定转个方向,试着编造一个“假的”天空地图,其中包含与 GCE 无关的暗物质讯号及脉冲星,然后看看原模型的模拟结果会出现哪些变化。

结果发现:模型依然显示 GCE 是以脉冲星为主的颗粒状区域。

一位科学家加码建议,不如将假的暗物质讯号与费米望远镜的真实观测数据结合,再测试一次看看,没想到模拟结果依然呈现相同结果;研究人员再将暗物质讯号提升到实际 GCE 区域的 4 倍大,但模型始终如一的支持着脉冲星。

对此研究人员感到非常兴奋,因为这说明模型系统本身可能出了漏洞,也许这片异常区域实际上是暗物质作用的结果。假如真是暗物质,这将是科学家获得暗物质透过重力以外的其他力、与可见物质相互作用的第一个证据。

新论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

  • Dark Matter Could Be A Source of Gamma Rays Coming from the Center of the Milky Way
  • Is there dark matter at the center of the Milky Way?

(首图来源:麻省理工学院)

2019-12-16 01:12:00

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