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美国佐治亚州萨凡纳市——科学家表示，来自银河系中心的伽马射线可能是暗物质粒子碰撞的结果。如果是这样，从NASA的费米太空望远镜收集到的信号将标志着首次间接探测到构成暗物质的粒子，这种隐秘而难以捉摸的物质贡献了宇宙中大部分的物质。
理论上，看不见的暗物质数量远远超过恒星、星系和我们身上的普通物质，但一直无法直接测量。研究人员之前已经从费米观测到暗物质信号的迹象，但新的分析为一种无法轻易用其他银河系活动解释的模式提供了迄今为止最强有力的证据。如果信号来自暗物质，则表明存在一种新型的亚原子粒子，甚至可能存在宇宙中的一种新力。“我认为这是我们目前拥有的最令人兴奋的信号，它实际上可能归因于暗物质，”普渡大学物理学家拉斐尔·朗在周六于此举行的美国物理学会四月会议上说，他并未参与这项研究。
然而，这种引人入胜的光仍然有可能具有更平凡的起源，例如被称为脉冲星的自旋恒星。“我认为这是一个引人注目的暗物质可能信号，但仅凭它本身还不足以说服我们，”麻省理工学院的特雷西·斯拉特耶说，她是这项研究的共同作者之一，该研究已提交给物理评论D（pdf）。
对于暗物质的一种主要解释是，它由弱相互作用大质量粒子（WIMP）组成，这些粒子是理论上的，但迄今为止尚未被探测到。WIMP被认为是它们自身的反物质伙伴，因此会在碰撞时相互湮灭——就像物质和反物质一样。这种WIMP湮灭会产生正常的物质粒子，这些粒子反过来会产生高能光子，或者我们可以看到的光粒子。由于暗物质应该在银河系核心最密集，因此那里是寻找湮灭的最佳地点。
费米望远镜扫描天空中的高能伽马射线光，最新的分析明确显示，它在我们星系中心看到的比预期的光更多。之前的分析结果尚无定论，而斯拉特耶和她的同事们发现，当他们只考虑费米可以测量天空上可靠起源路径的光子，并消除那些方向不确定的光子时，就发现了一个明显的信号。在这个较小的数据集中，费米显示，在距银河系中心至少5000光年的球体范围内，光子过量均匀分布。它们的能量介于10亿到30亿电子伏特（GeV）之间，这使得它们比可见光能量高约10亿倍。“这是一个相当显着的信号，它是一个非常对称的信号，并且超出了预期数量约10,000个光子，”斯坦福大学的物理学家布拉斯·卡布雷拉说，他从事低温暗物质搜索，这是目前全球众多地下实验之一，旨在寻找罕见的暗物质粒子与正常物质粒子直接相互作用的实例。
如果信号确实是由暗物质产生的，斯拉特耶和她的同事计算出，不可见的粒子重量约为质子质量的30到35倍，或约30到35 GeV。这引起了卡布雷拉的兴趣，他说这样的粒子应该已经在直接探测实验中出现过了。“我们已经为30 GeV范围内的最佳灵敏度进行了调整，”他说。质量为该粒子的粒子也可能已在瑞士的大型强子对撞机（LHC）中出现。“如果这是我们在银河系内部看到的暗物质，那么我们在LHC或直接探测中没有看到它，这已经告诉我们一些关于其相互作用的非常有趣的事情。”
例如，基本理论预测暗物质粒子通过交换Z玻色子或希格斯玻色子与正常粒子相互作用，它们分别与弱力和赋予粒子质量的机制相关联。但是，如果暗物质粒子的质量约为30 GeV，那么直接探测实验应该已经看到这些相互作用。一种可能性是，暗物质可能正在通过除Z玻色子或希格斯玻色子之外的新型中间粒子相互作用，这与未知的第五种基本力有关。“如果通过发现暗物质，我们也发现了自然界的一种新力，那将是非常令人兴奋的，”斯拉特耶说。
然而，费米信号可能根本不是由暗物质引起的。过量的光也可能起源于自旋速度极快的脉冲星，它们每毫秒完成一次完整旋转。人们认为恒星的磁场将带电粒子加速到接近光速，进而以伽马射线波长发射高能光子。然而，这种解释存在一些问题。“毫秒脉冲星在较低能量（低于约1 GeV）下产生的伽马射线比观测到的银河系中心发射更多，”哥伦比亚大学的脉冲星专家斯拉夫科·博格达诺夫说。此外，费米观测并没有在银河系中心识别出足够多的单个脉冲星来解释这种光。加州大学欧文分校的天文学家凯沃克·阿巴扎吉安说，“那必须是我们不了解的一种脉冲星，”，他单独研究了费米信号。他说，这是一种明显的可能性，“想到一类新的脉冲星比想到一种全新的物质更容易。”
一个更确定的测试是在围绕银河系运行的几十个矮星系中的一些星系内部看到相同的伽马射线过量。人们认为这些天体中的暗物质特别密集，因此如果暗物质湮灭，应该在那里发生。已知的矮星系昏暗且难以研究，到目前为止，尚未出现明显的过量光。然而，即将上线的新的天文台可能会发现新的矮星系作为目标。“如果预期的信号强度在银河系卫星中也存在相同的过量，那将使我相信我们看到的是暗物质湮灭产生的伽马射线，”加州大学欧文分校的马诺吉·卡普林哈特说，他与阿巴扎吉安合作对费米信号进行了一项独立研究。“当然，在我们的一家地下实验室中对暗物质进行确凿的直接探测将是决定性的。”