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儘管我們已經知道了不少物理定律，及標準模型和廣義相對論的成功，但在宇宙中仍有大量的觀察結果仍然缺乏完整的解釋。從恆星形成到高能宇宙射線，宇宙仍然有許多奧秘待解開。雖然已經發現了很多關於空間的東西，但我們仍然不知道這一切。例如：知道暗物質存在，但我們不知道它的性質是什麼，這是否意味著可以將任何未知的影響歸因於暗物質？
有很多事情想知道...暗物質，除了引力之外，它不與物質相互作用。所以就像關於黑洞的舊難題 ，怎麼找到它？它可以通過引力透鏡以外的其他手段檢測（至少有些）是否有湮滅過程？類似於正電子/電子[湮滅]？
這裡有很多謎團，也有很多關於暗物質的證據。但將其他謎團歸咎於暗物質不僅是目光短淺的，而且是一個很好的例子，展示了當科學家用完好想法時發生的事情。
暗物質遍布整個宇宙，20世紀30年代首次提出解釋星系團內個別星系的快速運動，是因為認識到所有正常物質——由質子、中子和電子組成的物質——不足以解釋重力的總量。這包括恆星、行星、氣體、塵埃、星際和星系間的等離子體、黑洞和其他我們可以測量的東西，支持暗物質的證據是不計其數的。
它們並不僅僅包括星團內的星系，當然，每個包含星系的星團都有這個需要。暗物質是必要的：
1、單個星系的旋轉特性
2、星系的形成有許多不同的大小，從巨大的橢圓星繫到銀河系大小的星系再到我們周圍的小星系
3、星系之間的相互作用
4、星系和星系團在大尺度上的聚類性質
5、宇宙網，包括它的絲狀結構
6、宇宙微波背景下的波動譜
7、觀測到的引力透鏡效應
8、觀測到重力效應與普通物質在碰撞星系團中的分離
從單個星系的小尺度到整個宇宙，暗物質是必要的。
把所有這些與宇宙學的其他部分聯繫起來，使我們相信，包括我們自己在內的每個星系都包含著一個巨大的、瀰漫的暗物質暈環繞著。我們星系中的恆星、氣體和塵埃，主要存在於一個圓盤上，而暗物質光暈被認為是球形的，因為壓倒性的證據是與正常(原子)物質不同的是：暗物質不會在把它撞擊到自己或正常物質的時候「濺起」。此外，暗物質應該在銀河系中心周圍密度最大，隨著它的消失，密度會降低，並且可能延伸到星系本身的十倍遠。最後在每個光暈中都應該存在小塊的暗物質。
為了重現上面列出的全部觀察結果以及其他的觀察結果，暗物質不需要具有除以下之外的任何特性：它需要具有質量；它需要引力相互作用；它需要從很早的時候開始相對於光速慢慢地移動； 而且不需要通過其他任何力進行過多的相互作用，其他任何「互動」都受到嚴重限制，但不排除。
那麼為什麼每次有一個正常的粒子 、光子、正電子、反質子等的天體物理學觀察，人們的第一本能就是歸咎於暗物質？
本周早些時候，一個研究脈衝星周圍的伽瑪射線源的團隊在科學界發表了他們的成果 ，試圖更好地理解我們觀察到的多餘正電子來自哪裡。電子的反物質正電子是以各種方式自然產生的：通過將正常物質的粒子加速到足夠高的能量，當它們碰撞其他物質粒子時，它們可以通過愛因斯坦的E = mc^2產生電子 - 正電子對 。在粒子物理實驗中常規地創建這些配對，也可以直接在宇宙射線搜索中間接地看到天體物理學正電子創造的證據，並通過尋找電子 - 正電子再湮滅的指示能量信號來間接地看到這些證據。
這些天體物理學的正電子信號在銀河系中心附近，集中在像微型類星體和脈衝星這樣的點源上，它位於我們銀河系的一個神秘區域，被稱為「偉大的殲滅者」，它被看作是一個擴散背景的一部分，它的起源是未知的。
但有一件事是肯定的：我們看到的正電子比預期的要多，已經知道這個很多年了；帕梅拉測量了它，費米測量了它，在國際空間站上的阿爾法磁譜儀也測量了它。最近高海拔的切倫科夫天文臺(HAWC)測量了非常高的能量，tev - level伽馬射線，顯示了來自中年脈衝星周圍的極加速粒子。但不幸的是，這不足以解釋需要的正電子過多的問題。
但由於某些原因，每次測量正電子的超量，或者對一個無法解釋它的天體物理源的每一個觀測，這個敘述就會立即變成：我們無法解釋它，所以它是由暗物質引起的。這太糟糕了，因為有很多候選天體物理源不需要任何奇異的東西，包括：
1、其他粒子的正電子和伽馬射線的二次產生
2、微類星體或黑洞噴出物
3、非常年輕或非常古老的脈衝星，包括磁星
4、超新星殘骸
這個列表並不是詳盡無遺的，但僅僅是一些可能造成這種過剩的例子。
許多在該領域工作的人都喜歡暗物質，這很大程度上是因為如果暗物質湮滅並產生伽瑪射線和普通物質粒子，那將是革命性的和開創性的。這將是天體物理學家研究並揭開暗物質之謎的夢想。但是一廂情願的想法從來沒有成為事實，據我們所知：暗物質湮滅的橫截面與零仍然是不可區分的。儘管暗物質總是被強調為解釋正電子過剩的可能性，但它並不比外星人更有可能解釋Tabby恆星。
毫無疑問，還有其它的正電子來源。然而，正電子並不遠離它們的來源，附近也沒有很多來源。兩個最好的候選被HAWC檢測到，我們現在知道產生的正電子的數量。也知道這些正電子是如何從它們的來源擴散的，其速度比先前假定的要慢。因此當確認附近的正電子源時，所發現正電子離開原點的速度非常慢，因此並沒有在地球上製造正電子。
當排除了一種可能性，那就更有可能發生其他可能性。然而，這並不意味著正電子必須來自暗物質，也並不是暗示這一點。
很明顯，由HAWC數據所暗示的正電子只解釋了其他實驗中所觀察到的正電子的1%，這表明還有其他原因。當你看到我們的傳統思想無法解釋的時候，就像是超出了天體物理學的正電子那樣，那麼就要保持在你的腦海之下，它可能是暗物質，展現了我們所沒有的那些長期以來所追求的相互作用的性質遠。
但是更有可能的是，其他一些天體物理過程正在加速傳統的已知粒子來產生這些效應。當你在科學上有謎團時，讓你的大腦接受一場革命，但把你的賭注放在世俗上，永遠不要相信這種說法！
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：ESA，NASA，《science》（Extended gamma-ray sources around pulsars constrain the origin of the positron flux at Earth）等
作者：Ethan Siegel（天體物理學家）
來自：Forbes science
編譯：光量子
審校：博科園