天文學家在銀河系首次探測到暗物質蹤跡

　　研究人員從來自附近星系中心的伽馬射線輻射圖中減去已知來源和其他背景的貢獻，從而得到來自暗物質的輻射圖。

　　圖片來源：Kevork Abazajian/加利福尼亞大學歐文分校

　　美國加利福尼亞大學歐文分校的Kevork Abazajian和Manoj Kaplinghat在近日遞交給arXiv預印本服務器的一篇論文中報告說，來自美國宇航局（NASA）的星載費米伽馬射線空間望遠鏡的數據揭示了源自銀河系中心的一些額外的伽馬射線，它們可能是由彼此湮滅的暗物質粒子所產生的。Abazajian表示：“這里肯定有一些來源，它符合對于暗物質的解釋。”然而其他的研究人員認為，這些額外的伽馬射線可能是Abazajian和Kaplinghat模擬伽馬射線通量的方式所產生的假象，或者可能源自更為普通的來源。

　　天文學家有充分的證據，證明暗物質提供了大部分的引力，從而防止恒星沖出星系。而且，宇宙學家已經指出，暗物質占據了宇宙中所有物質的85%。但是，物理學家并不知道暗物質到底是什么。

　　最主要的假設認為，暗物質可能是由弱作用大質量粒子，或者說WIMPs構成，這是由一些理論所預測的。WIMPs足夠多到可以產生大量引力，但卻與普通物質僅有非常微弱的相互作用。每個星系都會在內部形成一個巨大的WIMPs云團。

　　物理學家正在通過多種途徑尋找WIMPs。一些人正在嘗試用精致敏感的地下探測器找到它們。其他人則希望在全世界最大的粒子加速器——位于瑞士的大型強子對撞機——上生成WIMPs。當WIMPs碰撞在一起形成普通物質，例如伽馬射線時，它們也會彼此湮滅，并且天體物理學家如今正在梳理天空以尋找此類湮滅的跡象。

　　Abazajian和Kaplinghat表示，400多位與費米人造衛星一道工作的研究人員或許已經找到了證據。這兩位理論學家分析了采集自2008年8月至2012年6月的數據，并聚焦于銀河系中央附近的一塊7度乘以7度的天空。相對于每4個能量量程，研究人員繪制了跨越這塊天空的輻射情況。他們將每個地圖負載于由費米人造衛星在這一區域發現的包括17個點狀伽馬射線源的“基準模型”，一個源自銀河系中心普通輻射的“彌散”背景，和一個空間統一的背景之上。

　　研究人員隨后將這些數據加載到另一個包括了來自暗物質湮滅貢獻的模型中，其中包含了這些暗物質分布的理論評估以及粒子湮滅如何產生伽馬射線。他們發現，添加的暗物質湮滅大大改善了這種加載，從而意味著那里有來自暗物質的額外的伽馬射線。

　　其他研究人員，包括美國伊利諾伊州巴達維亞市費米國家加速器實驗室的Daniel Hooper已經提出了類似的論斷。事實上，Abazajian之前曾極力反對這種解釋。但是Abazajian指出，新的分析表明，暗物質假說在三個關鍵方向上符合了這些數據——它具有恰當的能量分布、恰當的空間分布，以及恰當的強度。他說：“當我看到這些，我便想：‘不會吧！’”但是Abazajian警告說，伽馬射線也可能來自于一個并不是那么獨特的來源，例如之前未被發現的脈沖星。

　　費米人造衛星研究團隊成員之一、加利福尼亞大學圣克魯茲分校的理論天體物理學家Stefano Profumo表示，這些伽馬射線或許能夠用一種更為簡單的方式加以解釋。Profumo說，Abazajian和Hooper的分析關鍵取決于彌散的星系背景模型。他說，該模型已被派生來描繪圍繞銀河系中心的一個更大的區域，并且“完全無視于星系中心的細節”。因此，他警告說，加載的數據在該模型上的使用可能會產生誤導性的結果。盡管如此，Profumo依然贊同星系中心是尋找暗物質證據的一個主要區域。