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編譯：王茸

校對：蔡賀菁 王婧彧

審閱：李宜驊

美編：毫秒

原文鏈接： https://www.space.com/astronomy/dark-universe/a-faint-glow-in-the-milky-way-could-be-a-dark-matter-footprint

“我們或許會看到新數(shù)據(jù)，從而證實(shí)某一理論而非另一種，也可能一無所獲，那么這個(gè)謎團(tuán)將變得更加難以破解?！?/p>

這幅全景圖展現(xiàn)了銀河系的核心區(qū)域，寬度達(dá)300光年。暗物質(zhì)是否就藏身于此？

圖片來源：NASA

暗物質(zhì)被認(rèn)為是維系著星系的無形粘合劑。這個(gè)存在百年的歷史謎團(tuán)，如今終于迎來了一縷來自現(xiàn)代的線索。

科學(xué)家表示，他們可能距離證實(shí)這種難以捉摸的物質(zhì)的存在更近一步，因?yàn)樾碌哪M研究表明，銀河系中心的一抹微弱光芒可能就是暗物質(zhì)長期以來被追尋的特征。

德國波茨坦萊布尼茨天體物理研究所(Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam)的穆里茨·穆魯(Moorits Muru)領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)新研究，他認(rèn)為：“這確實(shí)很難證明，但似乎很有可能?！?/p>

暗物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)總量的27%，至今仍是宇宙學(xué)領(lǐng)域最重大的謎題之一。它既不吸收也不反射光線，因此完全無法被望遠(yuǎn)鏡觀測到。盡管科學(xué)家們進(jìn)行了數(shù)十年的實(shí)驗(yàn)，從地下粒子探測器到軌道空間觀測站，卻從未直接探測到它的存在。然而，穆魯團(tuán)隊(duì)最新開展的計(jì)算機(jī)模擬研究，或許讓我們距離破解這個(gè)謎團(tuán)更近了一步。

研究發(fā)現(xiàn)，銀河系中心附近的暗物質(zhì)可能并非如科學(xué)家長期認(rèn)為的那樣呈現(xiàn)出完美的球體。相反，它更接近一個(gè)扁平的近似橢圓形狀，這種形態(tài)與NASA費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡(Fermi Gamma-ray Space Telescope)觀測到的神秘伽馬射線分布模式高度吻合。

這項(xiàng)研究始于2008年。當(dāng)時(shí)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡首次在銀河系核心附近觀測到一道寬廣而朦朧的高能光暈，其跨度約達(dá)7000光年，該信號的亮度遠(yuǎn)超現(xiàn)有模型所能解釋的范圍。

一些科學(xué)家提出，這些射線可能是名為WIMP（弱相互作用大質(zhì)量粒子）的暗物質(zhì)粒子相互碰撞湮滅產(chǎn)生的副產(chǎn)物。另一些人則認(rèn)為它們源自快速旋轉(zhuǎn)的恒星殘骸，也就是毫秒脈沖星，即古老而高速旋轉(zhuǎn)的中子星，會像宇宙燈塔般發(fā)射出輻射束。

脈沖星理論之所以合理，是因?yàn)橘ゑR射線光線呈現(xiàn)扁平凸起的形態(tài)，與銀河系星云密布的中心區(qū)域極為相似。若這些光線源于暗物質(zhì)，科學(xué)家原本預(yù)期會呈現(xiàn)更平滑、更圓潤的分布模式。

穆魯及其團(tuán)隊(duì)決定將兩種假說付諸實(shí)踐。借助強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)，他們重現(xiàn)了銀河系的形成過程，包括數(shù)十億年來與較小星系發(fā)生的劇烈碰撞和合并。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些劇烈事件在暗物質(zhì)在銀河系核心的分布方式上留下了深刻的“指紋”。

當(dāng)將這段復(fù)雜的歷史納入考量時(shí)，模擬出的暗物質(zhì)暈不再呈現(xiàn)球形。根據(jù)最新的研究，它反而呈現(xiàn)出扁平的蛋形結(jié)構(gòu)，這與費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡觀測到的伽馬射線輻射模式相吻合。

穆魯表示：“我們發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)也呈現(xiàn)這種扁平形態(tài)，因此它與伽馬射線過?，F(xiàn)象的吻合程度遠(yuǎn)超預(yù)期?！?/p>

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明，暗物質(zhì)仍可能是銀河系神秘光芒背后的推手。但研究人員也指出這并未完全排除脈沖星的可能性。團(tuán)隊(duì)最終得出的結(jié)論是這兩種可能性如今“基本無法區(qū)分”。

如果這種過剩現(xiàn)象確實(shí)源于暗物質(zhì)碰撞，這將標(biāo)志著首次間接證據(jù)表明弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMPs，一種主要的暗物質(zhì)候選粒子）確實(shí)存在。

最終答案可能在本世紀(jì)20年代末揭曉，屆時(shí)切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列觀測站（CTAO，Cherenkov Telescope Array Observatory）將從智利和西班牙的雙站點(diǎn)開始巡天。研究人員表示，該設(shè)施將能以遠(yuǎn)高于費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡的分辨率觀測伽馬射線，這可能幫助他們區(qū)分高能脈沖星群與低能湮滅暗物質(zhì)粒子。

穆魯補(bǔ)充道，對環(huán)繞銀河系的小型矮星系進(jìn)行伽馬射線觀測將能進(jìn)一步檢驗(yàn)這兩種可能性，因?yàn)檫@些矮星系的核心同樣存在密集的暗物質(zhì)團(tuán)塊。

“這就是我們希望測量信號的位置，”穆魯說道，“我們非常期待這些觀測結(jié)果?！?/p>

科學(xué)家們確信暗物質(zhì)確實(shí)存在。探測暗物質(zhì)的征程，堪稱現(xiàn)代物理學(xué)中最令人沮喪又最令人振奮的挑戰(zhàn)之一。

“暗物質(zhì)依然難以捉摸，”穆魯說道，“而我認(rèn)為，正是這份神秘感讓它更顯迷人。”

該研究成果詳述于10月16日發(fā)表在《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)期刊上的一篇論文中。

責(zé)任編輯：楊伯順

牧夫新媒體編輯部

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罕見的愛因斯坦十字呈現(xiàn)五點(diǎn)光源而非四點(diǎn)，源于遙遠(yuǎn)星系HerS-3的光線被前景星系與暗物質(zhì)放大所致。

圖片來源：P. Cox 等 – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

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