银河系中心神秘光芒引争议

费米伽马射线太空望远镜发现银河系中心存在神秘伽马射线。它可能来自脉冲星或暗物质碰撞，新模拟显示暗物质也能形成 bulge状光芒，这一发现或能证实暗物质存在，想知道如何验证吗？

在我们银河系的中心，存在一种神秘的弥漫性伽马射线辐射——伽马射线是一种高能辐射，通常由快速旋转或爆炸的恒星等高能天体发出。

美国国家航空航天局（NASA）的费米伽马射线太空望远镜在2008年发射后不久就探测到了这种辐射，多年来，这种辐射一直困扰着科学家，引发了关于其来源的诸多猜测。

一些天文学家认为，这种辐射来自脉冲星——爆炸恒星留下的旋转残骸；另一些天文学家则认为，它来自暗物质粒子的碰撞。暗物质是一种难以捉摸的无形物质，被认为比普通物质多五倍。

此前已有多项研究为这两种观点提供了支持，但暗物质理论面临一个问题：伽马射线辐射的形状似乎与银河系核球（银河系中心一个密集的球状区域，主要由古老恒星构成，其中也包括脉冲星）的形状相符。这一观测结果似乎更支持脉冲星理论，因为专家认为，如果辐射源是暗物质，其形状应该更接近球形。然而，天文学家们尚未观测到足够多能产生这种伽马射线的脉冲星，因此无法得出确切结论。

如今，利用超级计算机进行的新模拟首次表明，暗物质碰撞也可能产生核球形状的辐射，这为暗物质理论提供了更多支持。

“目前存在两种理论，一种认为是暗物质，声称它能解释我们观测到的数据；另一种认为是古老恒星，”约翰·霍普金斯大学物理学与天文学教授、这项新发现研究的合著者约瑟夫·西尔克表示，该研究于周四发表在《物理评论快报》上。

“在我看来，目前暗物质的可能性有50%，而另一种更常见的解释——古老恒星——的可能性也差不多。”

暗物质证据的发现将具有开创性意义。瑞士天文学家弗里茨·兹威基在20世纪30年代首次提出了暗物质存在的理论，美国天文学家薇拉·鲁宾和W·肯特·福特在20世纪70年代证实了这一理论。他们注意到，在螺旋星系边缘运行的恒星速度过快，仅靠可见物质和引力无法将它们束缚在星系内，因此推测存在大量看不见的物质阻止它们飞离星系。尽管经过数十年的努力，科学家们仍未直接观测到这种神秘物质，“暗物质”也因此得名。

“毫无疑问，暗物质的本质是物理学中尚未解决的重大问题之一，”西尔克表示。“它无处不在——在我们身边，在遥远的宇宙中——但我们就是不知道它是什么。”

关于暗物质的构成，存在多种假说，包括原初黑洞的残余物或某种未被发现的粒子。寻找暗物质的努力在很大程度上集中在后者，这也促使科学家建造了诸如美国南达科他州LZ暗物质实验装置这样的探测器。

该装置旨在探测暗物质的主要候选者之一——弱相互作用大质量粒子（WIMPs）。这种假想粒子不吸收光线，几乎能毫无阻碍地穿过普通物质。科学家认为，当两个弱相互作用大质量粒子相遇时，它们会相互湮灭并产生伽马射线，这使它们成为这种神秘辐射的合理来源。

西尔克的研究团队利用超级计算机绘制了银河系中暗物质的分布图，并考虑了银河系最初的形成过程。

“过去20年里，所有关于银河系暗物质的模型都假设它基本上像一个球形天体，没有特定形状，因为这是最简单的模型，”西尔克表示。

“我们的贡献在于，首次通过计算机对暗物质分布进行了真实模拟。令人惊讶的是，我们发现暗物质的中心区域——也就是伽马射线的发射区域——实际上是扁平的，更像是鸡蛋的形状。”西尔克解释道，这种扁平形状与费米望远镜观测到的数据高度吻合。

幸运的是，要确认暗物质与这种辐射之间的联系，可能不需要等待太久。切伦科夫望远镜阵列天文台（CTAO）正在智利和西班牙两个地点建设，最早将于2027年开始返回观测数据。西尔克表示，该天文台探测伽马射线的分辨率将远高于费米望远镜，这使得科学家能够判断银河系中心的伽马射线是否来自暗物质碰撞。

他补充说，这一发现将是暗物质探索领域的重大突破，同时也能证明至少有一部分暗物质是由弱相互作用大质量粒子构成的。相反，如果切伦科夫望远镜阵列天文台未能将这种辐射与暗物质联系起来，科学家在暗物质探索方面将回到起点，所有可能性仍将存在。

麻省理工学院物理学教授特蕾西·斯莱特耶没有参与这项研究，她表示，这项研究有助于重新开启暗物质可能解释银河系中心辐射这一可能性，尽管它没有提供支持暗物质的新实证。不过，她并不认为暗物质分布的形状与恒星核球的形状存在明确的匹配关系。“即使在这项研究之前，我也认为暗物质假说仍然是合理的，”她补充道。

伦敦大学学院物理学与天文学教授钱卡乌尔·加格也没有参与西尔克的研究，他表示，这项工作进一步支持了国际社会继续努力寻找弱相互作用大质量粒子的行动。“它们仍然是解决长期存在的暗物质问题的最简洁方案，”加格在电子邮件中补充道，并指出随着更多弱相互作用大质量粒子探测器的研发，观测到这些粒子在太空中湮灭的信号，将意味着解决这个近百年的暗物质谜题。

迈阿密大学物理学系副教授尼科·卡佩卢蒂表示，费米望远镜对美国国家航空航天局来说具有变革性意义，这篇论文表明，暗物质在解释银河系中心神秘辐射的竞争中仍处于有利地位。“这个谜团依然存在，正是这种谜团让我这样的科学家夜不能寐，”没有参与这项研究的卡佩卢蒂说。

他补充说，弄清楚暗物质是什么，是我们这个时代的科学使命，并指出“弱相互作用大质量粒子这种假想粒子，多年来一直是我们的主要怀疑对象。”他表示，地球上的实验尚未捕捉到它们，这一点令人沮丧。

“但费米望远镜给了我们继续相信的理由。这篇论文提醒我们，不要轻易将弱相互作用大质量粒子排除在外——它们仍有可能是银河系中心辐射的来源，”卡佩卢蒂说。“如果真是这样，我们离揭开宇宙的一个根本性秘密就越来越近了。”

银河系中心神秘光芒的来源之争仍在继续，暗物质假说迎来新支持。若获一次深空实验名额，你选黑洞、系外行星还是早期宇宙？为什么？