美国宇航局首屈一指的伽玛射线太空望远镜可能在未来几个月内改变策略,从平等机会扫描整个天空转变为优先观测我们银河系中心的模式。新策略可能有助于费米望远镜发现更多被称为脉冲星的自旋恒星,观测一团正与星系超大质量黑洞发生碰撞的云,甚至可能找到暗物质的证据。
2013年3月,在五年如常运行后,费米团队公开征集替代观测策略。收到了五项提案,8月份一个审查小组召开会议讨论这些想法。最终,审查小组推荐了一项基于优先观测银河系中心的提案的新策略。
到目前为止,费米每三小时覆盖整个天空。根据新计划,望远镜仍将每天至少扫描天空中的每个点一次,但会偏爱星系中心,从而积累更好的测量统计数据。该策略是在纯粹关注银河系中心和许多依赖于天空其他地方观测的项目之间取得的折衷。“当人们理解这种模式是可能的,并且我们对其进行更定量的研究后,关于为了偏袒其他科学而抛弃某些科学的担忧确实变得不那么尖锐了,” 费米团队成员塞思·迪格尔在加利福尼亚州门洛帕克的 SLAC 国家加速器实验室说道,他曾在审查小组任职。关于新策略的最终决定将在公众评议期结束后做出,并且团队要确保这一变化不会损害航天器或对其反作用轮或其他组件造成不必要的压力。
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观测银河系中心最诱人,但也可能是最遥远的目标之一,是阐明能量范围为 130 吉电子伏特 (GeV) 的伽玛射线光的可能信号是否真实存在。该信号最初由当时在德国马克斯·普朗克物理研究所,现任职于荷兰阿姆斯特丹大学的 克里斯托夫·韦尼格在 2012 年 4 月提出,但尚未达到足以声称发现的统计显著性水平。研究人员有多个理由怀疑这条 130-GeV 线是否真的存在——但如果它确实存在,那么它就是“暗物质的明确信号”,麻省理工学院的苏孟说道。
苏孟说,目前标准模型中没有粒子可以解释这条线。如果它存在并且不是仪器错误的结果,那么它很可能是由聚集在银河系稠密中心内的暗物质粒子的湮灭引起的。暗物质的主要候选者之一是一类被称为 WIMP(弱相互作用大质量粒子)的粒子,这些粒子与常规物质的相互作用非常罕见,但会产生引力。理论上,WIMP 是它们自身的反物质伙伴,这意味着如果两个 WIMP 足够接近,它们就会像物质和反物质接触时一样相互摧毁。爆炸可能会产生 130 GeV 光子的光。(尽管 130 GeV 听起来与最近发现的 希格斯玻色子粒子 的 125-GeV 质量非常接近,但研究人员表示,这种相似性可能只是巧合。)马德里康普顿斯大学的内斯托尔·米拉巴尔说:“如果最终采用替代观测策略,它可能会成为我们探索理解暗物质的必要步骤。” 他与韦尼格、苏孟和其他人共同撰写了提出银河系中心观测策略的白皮书。
许多科学家对 130-GeV 线是暗物质持怀疑态度。自从首次被注意到以来,过去一年中增加更多数据并没有提高信号强度。此外,该特征落在比望远镜的能量分辨率(仪器可以区分的最小能量范围)更窄的能量范围内,这让人怀疑真实信号是否会如此尖锐。费米对地球边缘的观测中也可能存在 130-GeV 信号,地球边缘是宇宙射线撞击地球大气层产生伽玛射线光芒的地方。如果 130-GeV 光子来自暗物质,则不应出现此特征。然而,无论如何,该信号都很神秘,获得更多数据应该有助于理清其起源。“我们感觉,在新观测策略实施一年后,我们可以嗅探到信号是真实的还是虚假的,” 苏孟说。
但暗物质并不是将费米指向银河系中心的唯一动机。“就其本身而言,这可能不是一个足够有说服力的理由,” 同样在 SLAC 工作,也曾在审查替代观测策略的小组中任职的埃里克·查尔斯说。“我们不一定只有一个理由想要这样做——有很多理由。”
花更多时间观察银河系中心应该也允许费米发现更多脉冲星,脉冲星被认为在银河系内部很常见。这些致密的恒星由物质紧密堆积而成,以至于它们的原子已经凝聚成中子,并且当它们快速旋转时,它们会发出光束,像灯塔信号一样呈圆形扫过。探测这些奇异天体的运作是费米的主要目标之一。
另一个动机是预计很快在星系中心发生的罕见事件。一团名为 G2 的气体云,于 2011 年被发现,注定要被那里的巨型黑洞吞噬,并可能在此过程中释放伽玛射线。“观看物质被超大质量黑洞吸积是一生难得一遇的事件,” 苏孟说。费米团队确定,如果新策略获得通过,则应不迟于 12 月开始实施,部分原因是为了利用这个机会。