在銀河中心那片恒星密集、氣體翻涌的區(qū)域，伽馬射線背景一直像是宇宙中最嘈雜的舞臺。但東京大學(xué)的一支團隊在分析費米伽馬射線望遠(yuǎn)鏡（Fermi-LAT）長達(dá) 15 年的數(shù)據(jù)時，卻意外發(fā)現(xiàn)了一團亮斑,而且難以歸結(jié)于任何已知來源。

他們做了過去十年里最詳細(xì)的背景建?！衙}沖星、氣體云、超新星殘骸、星際輻射統(tǒng)統(tǒng)減去。但這團信號依舊存在。

更驚人的是，這道殘余的伽馬光恰好呈現(xiàn)出理論預(yù)言的“暗物質(zhì)湮滅能譜”形狀。

如果不是儀器誤差、不是噪聲、也不是背景天體，那么它可能就是人類第一次真正“看到”的暗物質(zhì)跡象。

相關(guān)的研究內(nèi)容，以「20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation」為題，發(fā)布在《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》。

預(yù)印本鏈接：https://arxiv.org/abs/2507.07209

為何暗物質(zhì)難以探測

20 世紀(jì) 30 年代初，瑞士天文學(xué)家 Fritz Zwicky 注意到許多星系的運動速度遠(yuǎn)快于其可見質(zhì)量所能解釋的范圍。這促使他提出，存在一種不可見結(jié)構(gòu)——暗物質(zhì)——提供額外的引力，以保持這些星系完整。

暗物質(zhì)是宇宙中最神秘的成分，占據(jù)約26% 的宇宙質(zhì)量，但它既不發(fā)光，也不吸光，不參與電磁作用。迄今為止，科學(xué)家們只能通過觀察它對恒星和星系的影響來間接研究它，例如通過產(chǎn)生足夠的引力來阻止星系系統(tǒng)飛散。

目前所做的種種猜想方法，都不足以直接成為證明暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

但此次分析中，相關(guān)團隊在來自銀河中心的伽馬射線中發(fā)現(xiàn)了一些信號，與預(yù)測的暗物質(zhì)湮滅信號相吻合。

如果暗物質(zhì)以弱相互作用粒子（WIMP）形式存在，那么它們的湮滅應(yīng)當(dāng)釋放伽馬射線。因此，這個信號一旦確認(rèn)，將是暗物質(zhì)研究的歷史節(jié)點。

來自費米望遠(yuǎn)鏡的突破

利用費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)，東京大學(xué)天文學(xué)系的 Tomonori Totani 教授認(rèn)為，他終于探測到了理論暗物質(zhì)粒子湮滅所預(yù)測的特定伽馬射線。

團隊對銀河中心的伽馬數(shù)據(jù)進行逐項建模與扣除，包括：

• π? 衰變（hadronic emission）
• ICS（Inverse Compton scattering，電子逆康普頓）
• Bremss（制動輻射）
• 星系氣體分布模型

最終，他們探測到伽馬射線的光子能量為 20 GeV，以暈狀結(jié)構(gòu)向銀河系中心延伸。伽馬射線發(fā)射成分與暗物質(zhì)暈的形狀非常接近。

圖示：伽馬射線強度圖，不含暈以外的成分。

進一步分析表明，能量譜（即伽馬射線強度分布）與假設(shè)的 WIMP（質(zhì)量約為質(zhì)子 500 倍的弱相互作用大質(zhì)量粒子）湮滅所預(yù)測的水平相吻合?；谫ゑR射線亮度的 WIMP 湮滅估計速率也符合已建立的理論預(yù)期。

圖示：光子能量對暈發(fā)射伽馬射線強度的依賴性（數(shù)據(jù)點）。

不過，雖然種種跡象都無法用其他已知的宇宙過程或常見的伽馬射線來源輕易解釋，同時也確實符合預(yù)期結(jié)果，但該案例還不足以支撐起暗物質(zhì)存在的證明。

倘若想要增強該結(jié)果的準(zhǔn)確性，他們?nèi)孕枰谄渌滴镔|(zhì)密集區(qū)域?qū)ふ翌愃频馁ゑR射線信號。銀河系暈中的矮星系是候選者中最有希望的一批。這需要積累更多類似的數(shù)據(jù)，然后才能成為暗物質(zhì)的的確確存在的更強有力的證明。