微弱星光中的秘密：暗物质或已现身银河系

关于暗物质的百年谜团——被认为是将星系结合在一起的无形的粘合剂——刚刚获得了现代线索。

科学家表示，新的模拟结果表明，位于银河系中心的微弱光芒可能是暗物质长期以来寻找的特征，他们可能离确认这种难以捉摸的物质的存在又近了一步。

“这确实很难证明，但看起来很有可能，”领导这项新研究的德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所的穆里茨·穆鲁告诉Space.com。

暗物质占宇宙中物质的约27%，仍然是宇宙学中最大的谜团之一。它不吸收或反射光，使其对望远镜完全不可见。尽管进行了数十年的实验，包括地下粒子探测器和轨道空间望远镜，科学家们从未直接探测到它。然而，现在，穆鲁团队的新计算机模拟可能使我们更接近解开这个谜团。

研究结果表明，银河系中心附近的暗物质可能并不像科学家们长期以来认为的那样形成一个完美的球体。相反，它看起来是扁平的，几乎呈现出蛋形，这种形状与NASA费米伽马射线空间望远镜观察到的神秘伽马射线模式非常相似。

这项研究基于2008年的研究，当时费米首次发现了银河核心附近的高能光辉，延伸约7000光年。这个信号远比现有模型所能解释的要亮得多。

一些科学家提出，这些射线可能是被称为WIMPs（弱相互作用大质量粒子的缩写）的一种不可见暗物质粒子相互碰撞和湮灭的副产品。另一些人则认为它们来自快速旋转的恒星残骸——毫秒脉冲星——古老的、快速旋转的中子星，像宇宙灯塔一样发射辐射束。

脉冲星理论是合理的，因为伽马射线的光辉看起来既扁平又隆起，类似于银河系的星星密集的中央区域。如果暗物质是光辉的来源，科学家们原本预计会看到更平滑、更圆的模式。

他们利用强大的超级计算机重建了银河系的形成过程，包括数十亿年的剧烈碰撞和与较小星系的合并。研究人员发现，这些剧烈事件在银河核心的暗物质分布上留下了明显的“指纹”。

当考虑到这一复杂的历史时，模拟的暗物质晕不再是球形的。相反，它而是呈现出扁平的蛋形——与费米观测到的伽马射线发射模式相匹配，新研究报告称。

“我们发现暗物质也有这种扁平的形状，”穆鲁说。“所以，它确实比之前预期的更好地符合[伽马射线]的过量。”

这个发现表明，暗物质仍可能是银河系神秘光辉的有力竞争者。但研究人员表示，这并不完全排除脉冲星的可能。团队得出结论，这两种可能性现在“基本上无法区分。”

如果过量确实源于暗物质碰撞，这将是WIMP（弱相互作用大质量粒子）作为主要暗物质候选者存在的首个间接证据。

明确的答案可能在2020年代末出现，当时切伦科夫望远镜阵列观测站（CTAO）将开始从其位于智利和西班牙的两个站点扫描天空。研究人员表示，该设施将能够以比费米望远镜更高的分辨率观察伽马射线，可能帮助他们区分高能脉冲星群和低能湮灭暗物质粒子。

Muru补充说，对围绕银河系旋转的小型矮星系的伽马射线观测，其核心也包含密集的暗物质，可能进一步验证这两种可能性。

“我们希望在这里测量到信号，”Muru说。“我们真的很期待这些观测。”

科学家们相信暗物质确实存在。探测暗物质的追求无疑是现代物理学中最让人沮丧又让人兴奋的挑战之一。

“出于某种原因，它仍然让我们无法理解，”穆鲁说。“我觉得这个谜团让它更加有趣。”

结果详细描述在10月16日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中。