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物理学家在银河系的中心重新寻找暗物质

更新时间:2020-09-12 19:37点击:

  有争议的暗物质主张可能会卷土重来。三年前,一个由粒子天体物理学家组成的团队似乎消除了这样的想法,即我们银河系中心的伽玛射线会从暗物质中发出微弱的辉光,暗物质是引力将银河凝聚在一起的神秘物质。研究小组在一项新研究中报告说,但是关于伽玛射线不是来自更普通的来源(例如被称为脉冲星的中子星旋转)的结论可能太仓促了。因此暗物质假说毕竟可能还活着。

物理学家在银河系的中心重新寻找暗物质

  伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室(Fermilab)的理论家丹·霍珀(Dan Hooper)表示:“我确信有些人会再次考虑[辉光]的暗物质解释。”研究。其他人则不太确定会有这样的复兴。

  桶匠和他的费米实验室同事丽莎·古德诺(Lisa Goodenough)在研究NASA轨道费米伽马射线太空望远镜的数据时,于2009年发现了无法解释的伽马射线辉光。被称为银河系中心多余部分的光芒笼罩了银河系的心脏。在半径为30°的银河中心周围的天空上绘制一个圆圈,多余的部分将占来自其中的所有伽玛射线%。

  桶匠和古德纳夫立即建议辉光可能是暗物质的证据。物理学家认为,整个银河系都埋藏在一块巨大的暗物质云中,就像大理石中的颜色漩涡一样,暗物质在中间最为密集。理论通常认为,很少有两个暗物质粒子碰撞时,它们应该相互an灭以产生普通粒子,例如观察到的高能光子或伽马射线。银河中心过剩的发现引发了对“模型构建”的狂热,在其中,理论家试图编造适合数据的暗物质的特定理论。

  但是,伽玛射线也可能来自脉冲星等不太常见的来源。2015年,位于剑桥的麻省理工学院(MIT)的粒子天体物理学家Tracy Slatyer及其同事似乎证明,所有银河系中心过剩都可能来自脉冲星群,这些脉冲星太微弱,费米无法分辨个别地。

  争论很棘手。为了单独看到微弱的伽玛射线过量,研究人员必须首先从几十个其他已知来源中减去贡献。其中包括银河系的明亮圆盘,银河系以外的来源以及巨大的“费米气泡”,太空望远镜在我们银河系平面的两侧发现的伽马射线发射波瓣。那在银河系的中心留下了像牛眼一样的光芒。然后,为了确定多余的光是来自暗物质还是脉冲星,研究人员没有分析光的空间分布,而是分析了更微妙的东西:颗粒状。

  辉光的数字图像由大约12,000个像素组成,每个像素都包含少量的伽马射线光子,每个像素之间的数量不同。如果光子来自暗物质,应该在银河系中平稳分布,那么这些变化应该具有可预测的大小。如果它们来自脉冲星等点源,则变化应该更大,并且图像应该更颗粒。那是因为每个像素中脉冲星的数量也会变化,从而导致像素间像素的额外变化。

  在2015年,Slatyer的小组报告说这张照片是如此粗糙,以至于它很可能是由脉冲星产生的。这项研究产生了很大的影响。Hooper和Goodenough的原始论文被引用从2015年的120多个降至去年的40多个。

  但是现在,Slatyer和MIT博士后Rebecca Leane发现了用于减去对伽马射线通量的其他贡献的不同空间模式或模板的问题。特别是,如果针对不同类型的点源的模板不正确,则对模拟数据的测试表明,该分析往往会严重低估更平滑的暗物质信号。Leane说:“如果我们无法正确建模,则似乎正在去除暗物质。”实际上,当研究人员将模拟的暗物质信号注入真实的费米数据时,他们的分析不一定能找到它,他们在《物理评论快报》上的一篇论文中进行了报道。Leane解释说,因此真正的暗物质信号可能存在​​于数据中,而他们可能错过了它。

  粒子理论家会再次对银河系中的多余部分感到困惑吗?桶匠希望他们会。他说:“我不知道失去兴趣的人中有5%还是50%或90%会回来,”其他人说,银河系中心的过剩很可能仍然太含糊,无法进行果断的分析。纽约市纽约大学的理论家格伦尼斯·法拉尔(Glennys Farrar)说:“到目前为止,我看不到任何用传统的天体物理学无法解释的东西。”


物理学家在银河系的中心重新寻找暗物质