这可能是我们首次“看到”暗物质

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原文链接：https://www.universetoday.com/articles/after-a-century-of-searching-we-may-have-finally-seen-dark-matter

编译：齐岳

校对：牧夫天文校对组

后期：王启儒

责任编辑：王启儒

文末天文湿刻有重大国际航天新闻，不要划走哦！

基于千度巡天（Kilo-Degree Survey）引力透镜分析得出的一小片天空的暗物质分布图。

Credit：Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

在北约克郡的盐矿中，有着一处深埋于地下的暗物质实验室，科学家们在此等待一种极为罕见的碰撞事件：暗物质粒子与普通物质粒子的相互作用。然而在地面之上，东京大学的户谷友则教授却选择着眼于外太空，这或许使他发现了地底的探测器未能发现的事情——由光线揭示出的暗物质踪迹。

暗物质不与电磁力相互作用，这一直是有关其研究的基本挑战。暗物质不吸收光，不反射光，也不发射光；我们看不见暗物质并非因为它隐藏了自己，而是光子会直直穿过它。我们得知暗物质存在的唯一证据是它造成的引力效应，例如星系如果按我们观测到的速度旋转，由于能看到的物质无法提供足够的引力，它会把自己转散架，所以一定有额外的（看不见的）质量来产生额外的引力。

很多研究者认为构成暗物质的粒子是所谓的大质量弱相互作用粒子（Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs），也许比质子还要重500倍。理论预测指出，当两个WIMPs撞在一起，它们会彼此湮灭（也就是转化为纯能量）并释放特定能量的伽马射线。

艺术家想象的费米伽玛射线太空望远镜。

Credit：NASA

户谷和他的团队在费米望远镜的观测数据中发现了这种湮灭信号：一个由200亿电子伏特能量的伽马射线组成的晕状结构，正在向银心扩散。其形状与理论预测的暗物质分布相吻合，能量谱与WIMP湮灭模型相吻合，且碰撞频率的下降处于预期范围内。最重要的是，常见的天文现象无法轻易解释这些伽马射线。其他已知辐射源在这样的分布模式中不会产生这种能量特征。

除了与暗物质发生作用，伽马射线还能在其他情形下产生。在这张艺术家概念图中，一颗大质量恒星发生爆炸，射出一束高能粒子。当粒子束正对着地球，我们就能观测到伽马射线暴的现象。

Credit：NASA/Swift/Cruz deWilde

“如果这一发现属实，据我所知，这将是人类首次‘看见’暗物质，也能说明暗物质是由一种未被涵盖在当今粒子物理学标准模型中的粒子构成的。”户谷评价道。

如果这的确是暗物质的证据，那么标准模型——它描述了宇宙中所有基本粒子及其除引力外的相互作用——就该换个版本了。我们需要加入一种全新的粒子，它很可能是全宇宙最丰富的物质。

然而在那一天到来之前，独立研究者们必须验证户谷的分析以坚实地加强他的观点。例如，银河系银晕内的矮星系中如果能发现相同的伽马射线特征，就可以支持对暗物质的这种理解。这些较小的系统同样包含聚集的暗物质，但处于的天体物理背景不尽相同，使得它们成为理想的核验目标。

与此同时，在盐矿和世界各地的实验室中，无数探测器仍将继续守候，等待暗物质通过与普通物质的微小相互作用暴露它的存在。不过也许答案一直就在天空中，藏在伽马射线里，只待足够灵敏的仪器来读取这些深空的讯息。

——The End——

『天文湿刻』 牧夫出品

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