銀河系中心探測到神秘信號：或為暗物質湮滅

新浪科技訊 北京時間3月11日消息，據美國《連線》雜誌網站報導，天文學家接收到一個來自銀河系中心的奇特信號，並且越是仔細審查這個信號，科學家們就越傾向於認為其代表了暗物質湮滅的信號。如果得到證實，那麼這將是人類首次監測到來自暗物質發出的信號。

暗物質是宇宙中一類神秘的無形物質，其佔據整個宇宙中物質總量的大約85%。暗物質懸浮在星系之中，但在星系的核心部位相對更加聚集。在這些區域，一個暗物質粒子將有可能遭遇到空間中的另外一個暗物質粒子。如果這兩個粒子相撞，它們將發生湮滅反應(暗物質粒子是其自身的反物質)，並釋放出γ射線。

為了搜尋暗物質的信號，天文學家們使用美國宇航局的費米伽馬射線空間望遠鏡對整個銀河系內的γ射線輻射源進行掃描。隨后他們嘗試將這些被檢測到的輻射源與所有已知的源進行比對。他們在圖上標出宇宙中氣體塵埃雲團的位置，這些天體會發出輻射，並將這些目標生的輻射從伽馬射線圖中剔除。接他們標出所有恆星的位置，並將它們生的輻射同樣予以剔除，以此類推，他們逐次排除掉所有可能的輻射源。一旦所有的這些輻射源被排除，他們所獲得的數據中仍然有所剩餘，無法用已知的過程予以解釋。

2月26日，有關這項研究的論文發表在arXiv網站上，這是一個主要刊載正處於同行評審過程中的新論文的專業網站。美國費米國家加速器實驗室的天體物理學家丹·霍普(Dan Hooper)是這篇研究論文的合著者，他：“我們越是對這一信號仔細審查，就越覺得這是一個來自暗物質的信號。”

2009年以來，霍普便一直堅持認為這一明亮的信號是暗物質的線索。根據霍普小組的最新數據，這一γ射線輻射可能是一些具有30~40 GeV能量的高能暗物質粒子相互碰撞時生的。相比之下，一顆質子的能量一般僅有1GeV左右。

然而星系核心是一個神秘的區域。那裏還存在很多其他的伽馬射線輻射源可能表現出與暗物質非常相像的性質，或者那裏還存在一些目前還尚未被發現的現象，同樣可以解釋這樣的輻射。目前大部分的研究人員還尚未承認霍普的此項發現。其中一項常常被引用的疑慮是，這些數據中表現出來的多余輻射也有可能來自於毫秒級脈衝星。這是一種已經死亡的恆星遺骸，具有極高的轉速，並釋放出巨大的能量。天文學界目前對於這種神秘天體具體運作機制的理解還很淺薄。

研究論文的另一名合著者，美國哈佛大學的天文學家道格·芬克貝納(Doug Finkbeiner)表示：“如果你想要解釋位於星系中心的某些奇特現象，你就直接可以揮揮手，‘那一定是毫秒脈衝星’。”

芬克貝納很久之前便一直認為費米空間望遠鏡數據中的多余信號強度代表了暗物質湮滅現象。他知道星系的中心區域非常奇特，充滿很多預料不到的現象。比如在2010年，天文學家們便發現從銀河系的核心向上下兩側伸展出兩個巨大的氣泡結構，延伸超過5萬光年。而此前天文學界對此卻一無所知。在對霍普的數據進行仔細分析之后，芬克貝納相信那裏的確有些什麼東西。

當星系形成時，引力作用使大量物質聚集並開始旋轉。當物質旋轉時，大型的星系開始冷卻並形成扁平化的結構，就像一塊大披薩，從而形成在望遠鏡中所看到的渦旋狀結構。實際上暗物質構成了星系質量的大部分，但它卻無法被像其他物質那樣扁平化，因為它與電磁力根本不會發生相互作用，與后者的相互作用將會使其發出熱輻射。於是暗物質仍然逗留在一個圍繞銀河系存在的巨大物質暈結構之中。因此，任何暗物質的信號都不應僅僅來自於銀河系的星系平面，而是也應當存在來自銀河系平面之上或之下的信號，那些部位的恆星數量相對稀少且相互之間距離較為遙遠，但那裏存在大量的暗物質。

問題在於，銀河系的中心區域極為明亮。那裏數以十億計的恆星發出難以想象的巨大光芒，其亮光遠遠延伸至銀河系平面的上下兩個方向的遙遠區域。因此要想證明這一神秘信號的確來自暗物質而非其他來源，首先需要非常精確的確定其分佈地圖。但不幸的是，費米空間望遠鏡的觀測能力在這一疑似暗物質輻射信號顯現的波段分辨率並不夠高。通過與美國麻省理工學院物理學家翠西·斯萊特爾(Tracy Slatyer)之間的合作，芬克貝納對費米望遠鏡的數據進行仔細梳理，並找到了排除那些干擾信號的方法。採用這種方法處理之后的數據非常清晰的顯示出這一神秘信號的來源分佈在那些只有很少恆星存在的區域。芬克貝納表示：“答案有所改善。看起來它更像來自暗物質，而非脈衝星。”

經過處理之后的清晰數據終於開始引起一些研究人員的注意。紐約大學理論物理學家尼爾·維納(Neal Weiner)表示：“未來的哪天我們或許會將今天的這個時刻視作是暗物質被首次發現的日子。”他表示，具有高達30~40 GeV能級的性質將讓這些暗物質粒子顯得非常有趣，因為那將是可以在大型強子對撞機(LHC)中呈現的粒子性質。但事實是我們並未在大型強子對撞機實驗中觀測到類似的粒子，這可能明構成暗物質的粒子結構要比我們簡單的粒子模型預測要更複雜。

但除此之外還有很多疑問。美國加州大學聖克魯茲分校的物理學家史蒂芬諾·普羅夫莫(Stefano Profumo)表示：“假如問題是：我們真的發現暗物質了嗎？那麼我真的會非常謹慎地來回答這個問題。”因為實在是還有很多從我們地球上觀點來看非常不確定的因素在其中，如在銀河系的核心區域，那裏的宇宙射線密度和能級都是不同的。

而即便其本人也是這篇研究論文的合著者之一，但芬克貝納也對這一課題持有謹慎態度。他只是認為，從目前來看，對費米空間望遠鏡的數據中出現的異常，暗物質的湮滅應當是最好的解釋。但宇宙如此廣袤，或許仍然存在一些我們尚未能發現的未知天體和現象。

要想確切的回答這一問題，科學家們可能將需要對矮星系進行研究，這些星系質量的99%由暗物質貢獻，並且其中由其他現象造成的，可能與暗物質信號相混淆的干擾非常少，因而可以成為很好的研究對象。但即便如此，費米空間望遠鏡仍然將需要花費長達數年的時間仔細觀察這些天體，才能獲得足夠多的數據來支持或否定這項結論。(晨風)