重大发现！银河系中心的神秘光芒，是宇宙最基本的法则？

在银河系中心，有一种由伽马射线发出的神秘漫射光——伽马射线通常由快速旋转或爆炸的恒星等高能物体发出的强大辐射。

美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜在2008年发射后不久就检测到了这种光芒，从那时起，这种光就一直让科学家们感到困惑，引发了人们对其原因的猜测。

一些天文学家认为辉光的来源是脉冲星——爆炸恒星的旋转残余物——而另一些天文学家则指出暗物质粒子的碰撞，暗物质是一种难以捉摸且看不见的物质形式，据信其丰度是普通物质的五倍。

许多研究此前都发现这两种观点得到支持，但暗物质理论似乎存在问题：伽马射线辉光似乎与银河系凸起的形状相匹配——银河系中心一个拥挤的球状区域，主要由包括脉冲星在内的旧恒星组成。这一观察结果似乎支持了脉冲星理论，专家推测，如果其来源是暗物质，这种光芒会呈现出更球形的形式。然而，天文学家还无法观测到足够多的产生伽马射线的脉冲星来做出结论性的评估。

现在，使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凸起状的辉光，从而增加了暗物质理论的分量。

“我们处于两种理论的情况下，一种是假装暗物质并声称它可以解释我们看到的数据，另一种是古老的恒星，”约翰霍普金斯大学物理和天文学教授约瑟夫·西尔克说，他是一项研究的合著者，详细介绍了新发现，周四发表在《物理评论快报》杂志上。

“在我看来，目前有50%的可能性可能是暗物质，而不是对老恒星的稍微更平凡的解释。”

暗物质的证据将带来突破性的发现。瑞士天文学家弗里茨·茨威基 （Fritz Zwicky） 在 1930 年代首次提出了暗物质存在的理论，美国天文学家维拉·鲁宾 （Vera Rubin） 和 W. 肯特·福特 （W. Kent Ford） 在 1970 年代证实了这一点。他们注意到在螺旋星系边缘运行的恒星移动得太快，无法仅靠可见物质和引力将它们固定在一起，并假设存在大量看不见的物质阻止它们飞散。尽管经过数十年的努力，科学家们从未直接观察到这种神秘物质，因此得名。

“毫无疑问，暗物质的性质是物理学中突出的主要问题之一，”西尔克说。“这是无处不在的东西——靠近我们，远离我们，我们只是不知道它是什么。”

关于暗物质可能是什么有很多假设，包括原始黑洞的残余物或未被发现的粒子类型。寻找暗物质的大部分努力都集中在后一种想法上，导致了探测器的建造，例如南达科他州的LZ暗物质实验。

该仪器旨在发现领先的暗物质候选者之一，即称为WIMP（弱相互作用大质量粒子）的假设粒子，它们不吸收光，几乎可以无缝穿过常规物质。科学家们认为，当两个WIMP相遇时，它们会相互湮灭并产生伽马射线，这将使它们成为发光的合理来源。

西尔克的研究使用超级计算机创建了暗物质在银河系中的位置地图，同时考虑到了银河系最初的形成方式。

“问题是，过去20年来我们银河系中暗物质的所有模型都假设它基本上就像一个球形球。它没有形状，因为那是最简单的模型，“西尔克说。

“我们的贡献是第一次对暗物质分布进行真正的计算机模拟。你瞧，我们发现暗物质的中心部分，伽马射线将被发射的地方，实际上被压扁了——更像是蛋形的。Silk 解释说，这种压扁的形状与费米望远镜的数据非常匹配。

幸运的是，确认暗物质和辉光之间的联系可能不会太远。一种新仪器，切伦科夫望远镜阵列天文台（CTAO），正在两个地点建设中——一个在智利，另一个在西班牙——最快将于 2027 年开始返回数据。

西尔克说，CTAO将以比费米高得多的分辨率检测伽马射线，从而可以判断银河系中心的伽马射线是否是暗物质碰撞的产物。

他说，这一发现将是寻找这种难以捉摸的物质的突破，并提供至少一些暗物质由 WIMP 构成的证据。相反，如果 CTAO 没有将光芒与暗物质联系起来，科学家们就会回到原点，所有选择都摆在桌面上。

麻省理工学院物理学教授特雷西·斯莱蒂尔 （Tracy Slatyer） 表示，这项研究有助于重新打开暗物质可以解释我们银河系中心的光芒的可能性，尽管它没有提供支持暗物质的新积极证据，他没有参与这项研究。然而，她并不相信暗物质分布的形状与恒星凸起之间存在明确的匹配。“甚至在这项研究之前，我认为暗物质假说仍然是合理的，”她说道。

伦敦大学学院物理和天文学教授 Chamkaur Ghag 表示，这项工作进一步支持了国际社会继续推动寻找 WIMP 的努力，他也没有参与 Silk 的研究。“它们仍然是解决长期存在的暗物质问题的最优雅的解决方案，”加格通过电子邮件指出随着更多 WIMP 探测器正在开发中，看到这些粒子在太空中湮灭的信号将意味着解决近一个世纪的暗物质之谜。

迈阿密大学物理系副教授尼科·卡佩卢蒂（Nico Cappelluti）表示，费米望远镜已经改变了美国宇航局的游戏规则，这篇论文表明，暗物质仍在竞相解释我们银河系中心的奇怪光芒。“这个谜团是活着的，正是那种让像我这样的科学家彻夜难眠的谜团，”没有参与这项研究的卡佩卢蒂说。

他说，弄清楚什么是暗物质一直是我们本世纪的科学追求，并指出“WIMP，这些假设的粒子，多年来一直是我们的假想并寻找的对象。他说，地球上的实验还没有发现它们，这一事实令人沮丧。

“但费米给了我们一个继续相信的理由。这篇论文提醒我们暂时不要将 WIMP 从名单上划掉——它们可能仍在照亮我们银河系的中心，“卡佩卢蒂说，“如果这是真的，那么我们比以往任何时候都更接近揭开宇宙的基本秘密。”