銀河系中心異常伽瑪射線區域,可能是第一個暗物質與普通物質作用的證據?

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 15 日 18:10 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


科學家握有整個銀河系的伽馬射線分布圖,知道銀河系中心有個伽瑪射線能量超標的異常區域。最近麻省理工學院團隊新研究指出,這個明亮的伽馬射線爆發地區很可能是暗物質作用的結果。

伽馬射線(Gamma ray)是電磁頻譜中最強大的波,它們通常由宇宙最熱、最極端的物體產生,比如超新星、脈衝星、類星體等。銀河盤面的伽瑪射線來源物理學家大部分都了解,但在銀河系中心有個區域稱為銀心 GeV 超量(Galactic Center GeV Excess,GCE),和其他地方相比起來存在過量伽馬射線。

物理學家不太清楚如何解釋,目前有 2 種主要說法:第一,那裡可能有大量快速旋轉的中子星(即脈衝星);或者更誘人的:濃厚的暗物質雲互相碰撞湮滅產生大量的伽瑪射線。

2015 年時,由麻省理工學院和普林斯頓大學組成的一個團隊贊成第一種脈衝星說法,研究人員使用背景建模(background model)方法分析了費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-ray Space Telescope)對銀河系中心的觀測結果,描述銀河系中所有可能產生伽馬射線的粒子如何相互作用,研究得出的結論就是 GCE 很可能為脈衝星造成。

然而在最新研究中,麻省理工學院科學家重新評估分析,認為當年很可能落入了模式錯誤假設(mismodeling effect),真相也許不是脈衝星,而是回歸暗物質。

GCE 看起來像半徑約 5,000 光年的巨大球心,如果該球形區域輪廓是「光滑的」,代表伽瑪射線來自暗物質;如果球型區域的輪廓是「顆粒狀」,則代表伽瑪射線來自一顆一顆的脈衝星。

當年的模型結合銀河系中所有物質、氣體、可能產生伽馬射線的粒子相互作用等條件,結果顯示光球輪廓 100% 為顆粒狀,然而到了 2018 年,科學家使用同樣方法進行交叉檢查,結果仍和 2015 年無差異,讓科學家擔心可能錯過了什麼、模型不夠強大。

模型測不出其他結果

麻省理工學院物理學家 Rebecca Leane、Tracy Slatyer 決定轉個方向,試著編造一個「假的」天空地圖,其中包含與 GCE 無關的暗物質訊號及脈衝星,然後看看原模型的模擬結果會出現哪些變化。

結果發現:模型依然顯示 GCE 是以脈衝星為主的顆粒狀區域。

一位科學家加碼建議,不如將假的暗物質訊號與費米望遠鏡的真實觀測數據結合,再測試一次看看,沒想到模擬結果依然呈現相同結果;研究人員再將暗物質訊號提升到實際 GCE 區域的 4 倍大,但模型始終如一的支持著脈衝星。

對此研究人員感到非常興奮,因為這說明模型系統本身可能出了漏洞,也許這片異常區域實際上是暗物質作用的結果。假如真是暗物質,這將是科學家獲得暗物質透過重力以外的其他力、與可見物質相互作用的第一個證據。

新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

(首圖來源:麻省理工學院