在銀河系中心，有一種由伽馬射線發(fā)出的神秘漫射光——伽馬射線通常由快速旋轉(zhuǎn)或爆炸的恒星等高能物體發(fā)出的強(qiáng)大輻射。

美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡在2008年發(fā)射后不久就檢測到了這種光芒，從那時起，這種光就一直讓科學(xué)家們感到困惑，引發(fā)了人們對其原因的猜測。

一些天文學(xué)家認(rèn)為輝光的來源是脈沖星——爆炸恒星的旋轉(zhuǎn)殘余物——而另一些天文學(xué)家則指出暗物質(zhì)粒子的碰撞，暗物質(zhì)是一種難以捉摸且看不見的物質(zhì)形式，據(jù)信其豐度是普通物質(zhì)的五倍。

許多研究此前都發(fā)現(xiàn)這兩種觀點得到支持，但暗物質(zhì)理論似乎存在問題：伽馬射線輝光似乎與銀河系凸起的形狀相匹配——銀河系中心一個擁擠的球狀區(qū)域，主要由包括脈沖星在內(nèi)的舊恒星組成。這一觀察結(jié)果似乎支持了脈沖星理論，專家推測，如果其來源是暗物質(zhì)，這種光芒會呈現(xiàn)出更球形的形式。然而，天文學(xué)家還無法觀測到足夠多的產(chǎn)生伽馬射線的脈沖星來做出結(jié)論性的評估。

現(xiàn)在，使用超級計算機(jī)進(jìn)行的新模擬首次表明，暗物質(zhì)碰撞也可能產(chǎn)生凸起狀的輝光，從而增加了暗物質(zhì)理論的分量。

“我們處于兩種理論的情況下，一種是假裝暗物質(zhì)并聲稱它可以解釋我們看到的數(shù)據(jù)，另一種是古老的恒星，”約翰霍普金斯大學(xué)物理和天文學(xué)教授約瑟夫·西爾克說，他是一項研究的合著者，詳細(xì)介紹了新發(fā)現(xiàn)，周四發(fā)表在《物理評論快報》雜志上。

“在我看來，目前有50%的可能性可能是暗物質(zhì)，而不是對老恒星的稍微更平凡的解釋。”

暗物質(zhì)的證據(jù)將帶來突破性的發(fā)現(xiàn)。瑞士天文學(xué)家弗里茨·茨威基 （Fritz Zwicky） 在 1930 年代首次提出了暗物質(zhì)存在的理論，美國天文學(xué)家維拉·魯賓 （Vera Rubin） 和 W. 肯特·福特 （W. Kent Ford） 在 1970 年代證實了這一點。他們注意到在螺旋星系邊緣運行的恒星移動得太快，無法僅靠可見物質(zhì)和引力將它們固定在一起，并假設(shè)存在大量看不見的物質(zhì)阻止它們飛散。盡管經(jīng)過數(shù)十年的努力，科學(xué)家們從未直接觀察到這種神秘物質(zhì)，因此得名。

“毫無疑問，暗物質(zhì)的性質(zhì)是物理學(xué)中突出的主要問題之一，”西爾克說�！斑@是無處不在的東西——靠近我們，遠(yuǎn)離我們，我們只是不知道它是什么�！�

關(guān)于暗物質(zhì)可能是什么有很多假設(shè)，包括原始黑洞的殘余物或未被發(fā)現(xiàn)的粒子類型。尋找暗物質(zhì)的大部分努力都集中在后一種想法上，導(dǎo)致了探測器的建造，例如南達(dá)科他州的LZ暗物質(zhì)實驗。

該儀器旨在發(fā)現(xiàn)領(lǐng)先的暗物質(zhì)候選者之一，即稱為WIMP（弱相互作用大質(zhì)量粒子）的假設(shè)粒子，它們不吸收光，幾乎可以無縫穿過常規(guī)物質(zhì)�？茖W(xué)家們認(rèn)為，當(dāng)兩個WIMP相遇時，它們會相互湮滅并產(chǎn)生伽馬射線，這將使它們成為發(fā)光的合理來源。

西爾克的研究使用超級計算機(jī)創(chuàng)建了暗物質(zhì)在銀河系中的位置地圖，同時考慮到了銀河系最初的形成方式。

“問題是，過去20年來我們銀河系中暗物質(zhì)的所有模型都假設(shè)它基本上就像一個球形球。它沒有形狀，因為那是最簡單的模型，“西爾克說。

“我們的貢獻(xiàn)是第一次對暗物質(zhì)分布進(jìn)行真正的計算機(jī)模擬。你瞧，我們發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的中心部分，伽馬射線將被發(fā)射的地方，實際上被壓扁了——更像是蛋形的。Silk 解釋說，這種壓扁的形狀與費米望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)非常匹配。

幸運的是，確認(rèn)暗物質(zhì)和輝光之間的聯(lián)系可能不會太遠(yuǎn)。一種新儀器，切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列天文臺（CTAO），正在兩個地點建設(shè)中——一個在智利，另一個在西班牙——最快將于 2027 年開始返回數(shù)據(jù)。

西爾克說，CTAO將以比費米高得多的分辨率檢測伽馬射線，從而可以判斷銀河系中心的伽馬射線是否是暗物質(zhì)碰撞的產(chǎn)物。

他說，這一發(fā)現(xiàn)將是尋找這種難以捉摸的物質(zhì)的突破，并提供至少一些暗物質(zhì)由 WIMP 構(gòu)成的證據(jù)。相反，如果 CTAO 沒有將光芒與暗物質(zhì)聯(lián)系起來，科學(xué)家們就會回到原點，所有選擇都擺在桌面上。

麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授特雷西·斯萊蒂爾 （Tracy Slatyer） 表示，這項研究有助于重新打開暗物質(zhì)可以解釋我們銀河系中心的光芒的可能性，盡管它沒有提供支持暗物質(zhì)的新積極證據(jù)，他沒有參與這項研究。然而，她并不相信暗物質(zhì)分布的形狀與恒星凸起之間存在明確的匹配�！吧踔猎谶@項研究之前，我認(rèn)為暗物質(zhì)假說仍然是合理的，”她說道。

倫敦大學(xué)學(xué)院物理和天文學(xué)教授 Chamkaur Ghag 表示，這項工作進(jìn)一步支持了國際社會繼續(xù)推動尋找 WIMP 的努力，他也沒有參與 Silk 的研究。“它們?nèi)匀皇墙鉀Q長期存在的暗物質(zhì)問題的最優(yōu)雅的解決方案，”加格通過電子郵件指出隨著更多 WIMP 探測器正在開發(fā)中，看到這些粒子在太空中湮滅的信號將意味著解決近一個世紀(jì)的暗物質(zhì)之謎。

邁阿密大學(xué)物理系副教授尼科·卡佩盧蒂（Nico Cappelluti）表示，費米望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)改變了美國宇航局的游戲規(guī)則，這篇論文表明，暗物質(zhì)仍在競相解釋我們銀河系中心的奇怪光芒�！斑@個謎團(tuán)是活著的，正是那種讓像我這樣的科學(xué)家徹夜難眠的謎團(tuán)，”沒有參與這項研究的卡佩盧蒂說。

他說，弄清楚什么是暗物質(zhì)一直是我們本世紀(jì)的科學(xué)追求，并指出“WIMP，這些假設(shè)的粒子，多年來一直是我們的假想并尋找的對象。他說，地球上的實驗還沒有發(fā)現(xiàn)它們，這一事實令人沮喪。

“但費米給了我們一個繼續(xù)相信的理由。這篇論文提醒我們暫時不要將 WIMP 從名單上劃掉——它們可能仍在照亮我們銀河系的中心，“卡佩盧蒂說，“如果這是真的，那么我們比以往任何時候都更接近揭開宇宙的基本秘密�！�