不是暗物質湮滅的證據！費米銀河系中心暗物質之謎，現在終於破解

2020-09-03 博科園

十年前費米伽馬射線太空望遠鏡探測到銀河系中心存在過量的高能輻射，這讓一些物理學家相信，這是看到了暗物質粒子湮滅的證據，但由加州大學爾灣分校科學家領導的一個研究團隊現在排除了這種解釋。在最新發表在《物理評論D》期刊上的一篇研究論文中，加州大學爾灣分校的科學家以及維吉尼亞理工學院、州立大學和其他機構的研究報告稱：

通過對費米伽馬射線太空望遠鏡數據的分析，以及一系列詳盡的建模模擬，研究人員能夠確定，觀測到的伽馬射線，不可能是由所謂弱相互作用大質量粒子產生的，這種粒子通常被認為是暗物質的物質。這些湮滅的粒子可以產生高達300千兆瓦電子伏特的能量，對暗物質的性質施加了迄今為止最強限制。在大約40年的時間裡，粒子物理學中暗物質的主要候選者是一種熱的、弱相互作用和弱尺度的粒子。

加州大學爾灣分校物理和天文學教授、合著者凱沃克·阿巴扎健(Kevork Abazaian)說：這一結果首次排除了這種候選者，直到大質量粒子的可能性。該研究的合著者、物理與天文學教授馬諾伊·卡普林哈特(Manoj Kaplinghat)：在許多模型中，這種粒子的質量從質子的10倍到1000倍不等，從理論上講，質量越大的粒子作為暗物質粒子的吸引力就越小，新研究排除了超過有利範圍的候選暗物質。

這是物理學界對這些物質代表暗物質可能性施加限制的一個巨大改進。暗物質信號可能會被銀河系中心的其他天體物理現象排擠出去，比如恆星形成、宇宙射線偏離分子氣體，以及最引人注目的中子星和毫秒脈衝星，作為費米太空望遠鏡探測到過剩伽馬射線的來源。研究了銀河中心正在進行的所有不同建模，包括分子氣體、恆星發射和散射低能光子的高能電子。

排除費米觀測可能

研究人員花了三年多時間將所有這些新的、更好的模型組合在一起，並檢查了釋放情況，發現暗物質的可能性所剩無幾。如果沒有費米大面積望遠鏡合作提供的數據和軟體，這一結果是不可能的。該小組測試了銀河系中心區域用於過量排放分析的所有類別模型，其結論保持不變。人們必須製作一個擴散排放模型，在其中留下一個很大的『洞』來放鬆限制，而科學並不是這樣工作的。

物理學家預測，暗物質湮滅產生的輻射，將表現為從銀河系中心發出整齊的球形或橢圓形，但費米太空望遠鏡在2008年6月部署後探測到的伽馬射線過剩顯示為三軸棒狀結構。如果你仔細觀察銀河中心，會發現恆星呈方形分布。有一個星盤，就在正中，天空上有一個大約10度的凸起，它實際上是一個非常特殊的形狀，而且有點不對稱，這個形狀幾乎沒有給額外的暗物質留下什麼空間。這項研究是否排除了銀河系中存在暗物質的可能性？

不是的，研究限制了暗物質可能是哪種粒子，銀河系中暗物質的多種證據都很有可能。遠沒有認為研究小組的發現令人沮喪，而是應該鼓勵物理學家專注於最受歡迎概念以外的概念。還有有很多替代暗物質候選者，搜索將更像是一次捕魚探險，我們還不知道魚在哪裡，更不知道魚長什麼樣。

博科園｜研究/來自：加州大學爾灣分校

參考期刊《物理評論D》

DOI: 10.1103/PhysRevD.102.043012

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