暗物质的痕迹可能终于在银河的光芒中被发现

在银河中心那片恒星密集、气体翻涌的区域，伽马射线背景一直像是宇宙中最嘈杂的舞台。但东京大学的一支团队在分析费米伽马射线望远镜（Fermi-LAT）长达 15 年的数据时，却意外发现了一团亮斑,而且难以归结于任何已知来源。

他们做了过去十年里最详细的背景建模——把脉冲星、气体云、超新星残骸、星际辐射统统减去。但这团信号依旧存在。

更惊人的是，这道残余的伽马光恰好呈现出理论预言的“暗物质湮灭能谱”形状。

如果不是仪器误差、不是噪声、也不是背景天体，那么它可能就是人类第一次真正“看到”的暗物质迹象。

相关的研究内容，以「20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation」为题，发布在《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》。

预印本链接：https://arxiv.org/abs/2507.07209

为何暗物质难以探测

20 世纪 30 年代初，瑞士天文学家 Fritz Zwicky 注意到许多星系的运动速度远快于其可见质量所能解释的范围。这促使他提出，存在一种不可见结构——暗物质——提供额外的引力，以保持这些星系完整。

暗物质是宇宙中最神秘的成分，占据约26% 的宇宙质量，但它既不发光，也不吸光，不参与电磁作用。迄今为止，科学家们只能通过观察它对恒星和星系的影响来间接研究它，例如通过产生足够的引力来阻止星系系统飞散。

目前所做的种种猜想方法，都不足以直接成为证明暗物质存在的证据。

但此次分析中，相关团队在来自银河中心的伽马射线中发现了一些信号，与预测的暗物质湮灭信号相吻合。

如果暗物质以弱相互作用粒子（WIMP）形式存在，那么它们的湮灭应当释放伽马射线。因此，这个信号一旦确认，将是暗物质研究的历史节点。

来自费米望远镜的突破

利用费米伽马射线空间望远镜的最新数据，东京大学天文学系的 Tomonori Totani 教授认为，他终于探测到了理论暗物质粒子湮灭所预测的特定伽马射线。

团队对银河中心的伽马数据进行逐项建模与扣除，包括：

• π⁰ 衰变（hadronic emission）
• ICS（Inverse Compton scattering，电子逆康普顿）
• Bremss（制动辐射）
• 星系气体分布模型

最终，他们探测到伽马射线的光子能量为 20 GeV，以晕状结构向银河系中心延伸。伽马射线发射成分与暗物质晕的形状非常接近。

图示：伽马射线强度图，不含晕以外的成分。

进一步分析表明，能量谱（即伽马射线强度分布）与假设的 WIMP（质量约为质子 500 倍的弱相互作用大质量粒子）湮灭所预测的水平相吻合。基于伽马射线亮度的 WIMP 湮灭估计速率也符合已建立的理论预期。

图示：光子能量对晕发射伽马射线强度的依赖性（数据点）。

不过，虽然种种迹象都无法用其他已知的宇宙过程或常见的伽马射线来源轻易解释，同时也确实符合预期结果，但该案例还不足以支撑起暗物质存在的证明。

倘若想要增强该结果的准确性，他们仍需要在其他暗物质密集区域寻找类似的伽马射线信号。银河系晕中的矮星系是候选者中最有希望的一批。这需要积累更多类似的数据，然后才能成为暗物质的的确确存在的更强有力的证明。