银河系的微光 = 暗物质的痕迹？

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编译：王茸

校对：蔡贺菁 王婧彧

审阅：李宜骅

美编：毫秒

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

“我们或许会看到新数据，从而证实某一理论而非另一种，也可能一无所获，那么这个谜团将变得更加难以破解。”

这幅全景图展现了银河系的核心区域，宽度达300光年。暗物质是否就藏身于此？

图片来源：NASA

暗物质被认为是维系着星系的无形粘合剂。这个存在百年的历史谜团，如今终于迎来了一缕来自现代的线索。

科学家表示，他们可能距离证实这种难以捉摸的物质的存在更近一步，因为新的模拟研究表明，银河系中心的一抹微弱光芒可能就是暗物质长期以来被追寻的特征。

德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所(Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam)的穆里茨·穆鲁(Moorits Muru)领导了这项新研究，他认为：“这确实很难证明，但似乎很有可能。”

暗物质约占宇宙物质总量的27%，至今仍是宇宙学领域最重大的谜题之一。它既不吸收也不反射光线，因此完全无法被望远镜观测到。尽管科学家们进行了数十年的实验，从地下粒子探测器到轨道空间观测站，却从未直接探测到它的存在。然而，穆鲁团队最新开展的计算机模拟研究，或许让我们距离破解这个谜团更近了一步。

研究发现，银河系中心附近的暗物质可能并非如科学家长期认为的那样呈现出完美的球体。相反，它更接近一个扁平的近似椭圆形状，这种形态与NASA费米伽马射线太空望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope)观测到的神秘伽马射线分布模式高度吻合。

这项研究始于2008年。当时费米望远镜首次在银河系核心附近观测到一道宽广而朦胧的高能光晕，其跨度约达7000光年，该信号的亮度远超现有模型所能解释的范围。

一些科学家提出，这些射线可能是名为WIMP（弱相互作用大质量粒子）的暗物质粒子相互碰撞湮灭产生的副产物。另一些人则认为它们源自快速旋转的恒星残骸，也就是毫秒脉冲星，即古老而高速旋转的中子星，会像宇宙灯塔般发射出辐射束。

脉冲星理论之所以合理，是因为伽马射线光线呈现扁平凸起的形态，与银河系星云密布的中心区域极为相似。若这些光线源于暗物质，科学家原本预期会呈现更平滑、更圆润的分布模式。

穆鲁及其团队决定将两种假说付诸实践。借助强大的超级计算机，他们重现了银河系的形成过程，包括数十亿年来与较小星系发生的剧烈碰撞和合并。研究人员发现，这些剧烈事件在暗物质在银河系核心的分布方式上留下了深刻的“指纹”。

当将这段复杂的历史纳入考量时，模拟出的暗物质晕不再呈现球形。根据最新的研究，它反而呈现出扁平的蛋形结构，这与费米望远镜观测到的伽马射线辐射模式相吻合。

穆鲁表示：“我们发现暗物质也呈现这种扁平形态，因此它与伽马射线过剩现象的吻合程度远超预期。”

这项发现表明，暗物质仍可能是银河系神秘光芒背后的推手。但研究人员也指出这并未完全排除脉冲星的可能性。团队最终得出的结论是这两种可能性如今“基本无法区分”。

如果这种过剩现象确实源于暗物质碰撞，这将标志着首次间接证据表明弱相互作用大质量粒子（WIMPs，一种主要的暗物质候选粒子）确实存在。

最终答案可能在本世纪20年代末揭晓，届时切伦科夫望远镜阵列观测站（CTAO，Cherenkov Telescope Array Observatory）将从智利和西班牙的双站点开始巡天。研究人员表示，该设施将能以远高于费米望远镜的分辨率观测伽马射线，这可能帮助他们区分高能脉冲星群与低能湮灭暗物质粒子。

穆鲁补充道，对环绕银河系的小型矮星系进行伽马射线观测将能进一步检验这两种可能性，因为这些矮星系的核心同样存在密集的暗物质团块。

“这就是我们希望测量信号的位置，”穆鲁说道，“我们非常期待这些观测结果。”

科学家们确信暗物质确实存在。探测暗物质的征程，堪称现代物理学中最令人沮丧又最令人振奋的挑战之一。

“暗物质依然难以捉摸，”穆鲁说道，“而我认为，正是这份神秘感让它更显迷人。”

该研究成果详述于10月16日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)期刊上的一篇论文中。

责任编辑：杨伯顺

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罕见的爱因斯坦十字呈现五点光源而非四点，源于遥远星系HerS-3的光线被前景星系与暗物质放大所致。

图片来源：P. Cox 等 – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

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