天文学上的许多重大发现都始于无法解释的信号：脉冲星、类星体和宇宙微波背景辐射只是众多例子中的三个。最近，当天文家们发现来源不明的 X 射线时，这引发了一个令人兴奋的假设。也许这是暗物质的迹象，暗物质是构成宇宙中约 85% 物质的不可见物质。如果是这样，这暗示粒子的特性与目前流行的模型预测的不同。
欧洲航天局的 XMM-牛顿轨道望远镜发现的异常 X 射线，起源于两个不同的源头：仙女座星系和英仙座星系团。挑战在于确定是什么产生了这些 X 射线，正如上个月发表在《物理评论快报》上的一项研究中所描述的那样。（另见早期发表在《天体物理学杂志》上的一项研究。）信号是真实的，但很微弱，天文学家现在必须确定它是非同寻常的还是有平凡的解释。如果能够做到这一点，他们就可以着手确定是哪种暗物质可能是罪魁祸首。
“如果 [X 射线辐射] 线被确凿地证明是由暗物质引起的，那么其意义当然是深远的，”加州大学尔湾分校天体物理学家 Kevork Abazajian 在 2014 年 12 月 15 日发表在《物理评论快报》上的一篇评论中写道。
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如果您觉得这个观测结果听起来很熟悉，那是因为使用 NASA 费米伽马射线太空望远镜的研究人员在银河系中心附近探测到异常伽马射线，一些人认为这可能来自暗物质粒子碰撞和湮灭。费米和 XMM-牛顿观测之间的区别在于所涉及的光的能量，这与产生它的假设暗物质粒子的质量有关。费米的伽马射线的能量比 X 射线高一百万倍以上，因此产生前者的粒子将比质子更重。
另一方面，X 射线必须起源于比电子轻得多的粒子。（对于那些在家关注的人来说，X 射线的能量约为 3.5 千电子伏特，相当于不到电子质量的百分之一。）然而，如果 XMM-牛顿的探测是暗物质的迹象，那也不会是由于弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 造成的，WIMP 是研究人员认为构成暗物质的最热门候选者。
其他潜在的暗物质粒子可能包括惰性中微子——在许多核反应中产生的类型中较重的表亲——或更奇特的可能性，例如轴子，最初预测用于解决粒子物理学中一个不相关的问题。这两种粒子仍然是假设性的，但如果它们存在，它们的质量将远小于电子。
如果罪魁祸首是惰性中微子，它们将拥有略大于 X 射线光子能量的质量。它们会衰变成众所周知的标准中微子，其余质量转化为 X 射线光——正是 XMM-牛顿观测到的信号。然而，这个想法存在一些问题：银河系中没有等效的 X 射线，其他寻找惰性中微子的实验也一无所获。
相比之下，轴子是稳定的，但它们在强磁场存在下会转化为光子。由于星系和星系团产生如此强烈的磁场，它们是主要的轴子制造者。产生异常 X 射线所需的粒子（技术上称为“类轴子粒子”）的质量将高于典型的轴子，但在某些理论允许的约束范围内。
最大的担忧是很难排除其他可能的 X 射线源。原子会根据其电子的构型发射特定能量的光，但物理学家尚未识别出所有这些能量，尤其是对于 X 射线。换句话说，这种不明信号可能只是来自普通原子或热等离子体的新发射线。正如一种新的发射线来自普通原子或来自热等离子体。正如
法国国家科学研究中心/巴黎南大学粒子物理学家亚当·法尔科夫斯基写道，你是否接受暗物质的解释取决于你如何建模等离子体发射：“看来魔鬼藏在细节中……（坦率地说，这并不令人放心）。”
最新研究的作者认为等离子体选项不太可能，因为银河系包含的等离子体相对较少。另一个问题是，X 射线发射的位置与星系团中质量分布图之间似乎存在不匹配，而质量分布图暗示了暗物质的隐藏位置。
日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 计划于今年发射的名为 Astro-H 的 X 射线天文台将携带足够精密的仪器，以区分原子发射和暗物质特征。而且，更多的数据总是更好；找到其他具有相同类型 X 射线发射的星系和星系团——尤其是那些更遥远的星系团——将有助于限制可能性。
最终，天文学家必须尝试将一个重大的主张——暗物质探测——与一个相对较弱的天文信号调和起来，这个信号可能有几种平凡的解释。“我认为那些利用微弱结果并以此为跳板的人会遇到麻烦，”华盛顿大学粒子物理学家莱斯利·罗森伯格在谈到轴子假说时说道。就目前的情况而言，从异常的 X 射线信号到明确探测到构成宇宙中大部分质量的物质，这一步跨越很大。与任何引人注目的新发现的主张一样，现在最好还是持保留态度。