我们星系的核心异常明亮。自 2009 年以来，天文学家就指出，来自银河系核心的伽马射线光芒过多——超过了所有已知光源的总和。从一开始，科学家们就怀疑他们看到了长期以来寻找的暗物质信号，这种看不见的物质形式被认为弥漫在宇宙中。但是，最近的两项研究为另一种解释提供了更多支持：伽马射线来自一群被称为脉冲星的自旋恒星，这些恒星的光线稍微暗淡，以至于目前的望远镜无法看到。
部分困惑源于对伽马射线信号的不确定性，该信号出现在 NASA 费米伽马射线太空望远镜的数据中。许多不同的研究小组分析了费米公开的数据，并声称看到了无法解释的光线过量，但他们发现的细节以及如何解释这些细节因小组而异。现在，费米望远镜团队首次在提交给天体物理学杂志的论文中证实了这种令人费解的过量。该研究提供了迄今为止对额外光线特性的最佳描述，例如其密度和在空间中的分布及其波长光谱，以及所有污染因素，例如望远镜中的系统误差和其他可能混淆信号的伽马射线光源。该团队的分析激发了科学家们可能终于接近理解该信号的希望。
追寻暗物质
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伽马射线光芒长期以来一直吸引着理论家的兴趣，他们说这与对暗物质的特定解释的预测惊人地吻合。暗物质一定在我们周围，因为恒星和星系感受到它的引力——但它的构成尚不清楚。一种观点是“弱相互作用大质量粒子”或 WIMP 构成了暗物质。这些粒子将是它们自身的反物质对应物，就像物质和反物质在接触时会相互湮灭一样，如果两个 WIMP 发生碰撞，它们也会湮灭。在银河系中心，暗物质被认为极其稠密，WIMP 会经常碰撞在一起，它们的爆炸可能会发出伽马射线——正如费米所看到的那样。
但这种光可能有一个更平凡的起源。脉冲星是曾经的大型恒星耗尽核聚变燃料并坍缩后的残骸。它们以令人眼花缭乱的速度旋转——许多脉冲星每毫秒完成一次完整旋转——并以凝聚的光束发光，这些光束像灯塔一样与它们一起旋转。已知脉冲星会发射伽马射线，如果银河系中心隐藏着足够多的脉冲星，它们可能会促成这种过量。在费米分析之前发表的两项近期研究支持了这一情景，它们发现额外的伽马射线光看起来比平滑的光更呈团块状。如果光线来自单个物体（如脉冲星）而不是均匀分布在空间中的暗物质粒子，则可以预期会出现团块。“拥有一个基于点源而不是平滑发射的模型会改变你的统计数据，”麻省理工学院的物理学家特蕾西·斯拉特耶说。她与她的合作者，普林斯顿大学的玛丽安吉拉·利桑蒂和塞缪尔·李，以及麻省理工学院的本·萨夫迪和魏雪一起，发现数据中“惊人地”偏好类脉冲星的点光源。由阿姆斯特丹大学的克里斯托夫·韦尼格领导的另一项研究使用不同的统计方法，得出了相同的结论。“目前，我认为毫秒脉冲星是最佳选择，”韦尼格说。“虽然每个人都想找到暗物质信号，但我们必须小心，不要妄下结论。”
然而，并非所有人都被说服。“我认为这些点源论文非常有趣，并且我已经仔细考虑了他们的论点，”费米国家加速器实验室的天体物理学家丹·胡珀说，他是最早指出伽马射线过量的人之一。“话虽如此，我并不相信点源是造成过量的原因。” 他说，团块性的证据很可能仅仅是对其他伽马射线源（例如宇宙射线与星际气体之间的相互作用）的错误假设的结果。“在这一点上，我认为答案尚不清楚。”
脉冲星解释的一个问题是，为什么会有如此多的脉冲星聚集在银河系中心枢纽周围的球体中。“它看起来真的像是一个以不同方式形成的不同种群”，斯拉特耶说。普林斯顿高等研究院的天文学家蒂莫西·勃兰特和本斯·科奇斯提出，围绕银河系运行的星团可能已被我们星系的引力破坏，导致它们将恒星（包括脉冲星）溢出到银河系中心的球形壳层中。“这种解释的好处在于，他们使用的模型是为不同的目的开发的，”斯拉特耶说，“他们得到的结果实际上与银河系中心信号非常吻合”。
新的费米合作研究中关于伽马射线光的全面信息应该有助于澄清情况。“我对这篇新论文评价很高，”胡珀说，并补充说它“为我们补充了许多细节”。费米团队本身对光源持不可知论态度。“我们可以得出结论，在传统的伽马射线发射器之上存在过量，并且肯定有迹象表明存在新的东西，但现在就断定存在暗物质信号还为时过早，”加州大学欧文分校的西蒙娜·穆尔吉亚说，她是费米论文的主要合著者之一。至于脉冲星，“就我个人而言，我会说它们同样有可能。”
寻找证据
好消息是，如果脉冲星是造成过量的原因，那么未来更强大的望远镜应该能够直接发现那些太微弱而无法看到的自旋恒星。脉冲星将成为下一代射电望远镜的主要目标，例如正在南非建设中的 MeerKAT 和包括 MeerKAT 在内的平方公里阵列 (SKA)，该阵列将于 2020 年在南部非洲和澳大利亚投入使用。“如果我们在未来五到十年内未能找到它们，那么暗物质解释再次变得更有可能，”韦尼格说。“这几乎是一个双赢的局面。但我们必须要有耐心。”
与此同时，对暗物质解释的支持可能会更快出现。如果 WIMP 是隐形物质的原因，它们可能会在粒子碰撞中出现，这种碰撞发生在世界上最大的原子对撞机——大型强子对撞机 (LHC) 中，该对撞机最近以其有史以来最高的能量重新启动。所谓的直接探测搜索也在地下实验中寻找 WIMP，旨在捕捉这些难以捉摸的粒子与普通物质相互作用的罕见行为。粒子加速器和直接探测器尚未看到暗物质粒子这一事实已经对可能存在的 WIMP 类型施加了强烈的约束。阿姆斯特丹大学的天体物理学家弗朗西斯卡·卡洛雷和她的同事最近结合了来自所有各种搜索的理论约束以及来自银河系中心的数据。他们发现许多 WIMP 模型已被数据排除，但仍有一些模型是合理的。“结果表明，有一些有趣的区域可以通过 LHC 的下一轮探测来探测，这实际上可以在明年进行测试，”卡洛雷说。
对暗物质假设的另一种检验来自矮星系。毕竟，如果 WIMP 在银河系中心湮灭，它们也一定在其他星系的核心中湮灭。该信号在邻近的大型星系中太微弱而无法看到，但应该在围绕银河系运行的“矮球状”星系中显示出来，这些星系被认为暗物质极其稠密。“但矮星系没有信号，”加州大学欧文分校的凯沃克·阿巴西安说，他指出，在大约 30 个已知的矮星系中，只有一个显示出伽马射线过量的迹象。“故事似乎是矮星系是黑暗的，而银河系中心是明亮的。” 事实上，矮星系中缺乏伽马射线似乎严重质疑了银河系光芒的暗物质解释，阿巴西安和一位合作者在上个月提交给预印本服务器 arXiv 的一篇论文中发现。
如果未来几年矮星系、粒子加速器和直接探测实验继续空手而归，那么 WIMP 对暗物质以及银河系过量伽马射线的解释的合理性将进一步受到质疑。银河系中心脉冲星的搜索也是如此。很快，这些想法应该得到证实或证伪。“我一直担心这种过量，我们永远不会在任何其他暗物质通道中找到确证信号，但也没有良好的天体物理学观测结果”，例如脉冲星，斯拉特耶说。“作为一名科学家，这是一种非常令人沮丧的境地。” 幸运的是，她说，这种情况最终看起来越来越不可能发生了。