天文学家识别暗物质湮没的标志

2018-05-15

通过研究银河系中伽马射线发射的空间分布,天文学家相信他们已经确定了暗物质湮灭的特征。 / em

我们生活在一个戏剧性的天体物理时代。突破性的发现,如系外行星,来自合并黑洞的重力波或宇宙加速似乎每隔十年或甚至更频繁。但是,对于我们对“已知宇宙”的把握,或许没有发现对于宇宙中绝大多数物质无法直接看到的认识而言,是更加意外,神秘和挑战性的。这件事被称为“暗物质”,其性质未知。根据普朗克卫星的最新结果,仅有4.9%的宇宙是由普通物质(即由原子或其成分组成的物质)组成的。剩下的就是暗物质,它通过对恒星和其他正常物质的引力影响而被牢牢地检测出来。暗能量是一个独立的组成部分。

了解这种无处不在但神秘的物质是现代天体物理学的主要目标。一些天文学家推测,暗物质除了与普通物质的重力之外还可能具有另一种特性:它可能有两种口味,物质和反物质,它们在接触时湮灭并释放高能辐射。这一类中的领先的粒子被称为弱相互作用的大质量粒子(WIMPS)。如果发生暗物质湮灭,暗物质理论性质的选择范围将大大缩小。

CfA天文学家Doug Finkbeiner和一组同事宣称已经确定了这种暗物质湮灭的特征。他们研究了银河系中伽马射线发射的空间分布,特别是银河中心地区的伽玛射线发射。这个区域相对较近并且具有很高的物质密度(并且名义上也是很高的暗物质密度)。如果发生暗物质湮灭,伽马射线的位置应该是明亮的。实际上,从延续数百光年的地区(也有向外延伸数千光年的较暗的地区),可以看到一个巨大的伽马射线特征。还有其他可能的解释,然而,最值得注意的是,伽玛射线是由大量迅速旋转的脉冲星产生的,这些脉冲星是一些超新星的核灰。

科学家们重新审视了之前发表的一系列伽马射线观测资料,采用了仔细的新数据缩减方法,以便更精确地限制发射位置,并且他们为伽玛射线发射的几个观测能量状态中的每一个都做了这样的处理。脉冲星具有独特的空间分布:它们位于星体所在的地方,主要位于银河系的平面内。该小组能够高度表现出伽马射线发射的分布与简单的湮灭暗物质模型的预测非常吻合,但与脉冲星解释不太一致。如果得到证实,他们的结果将是理解宇宙主要组成部分暗物质性质的一个令人印象深刻的突破。

PDF研究副本:中央银河系伽玛射线信号的特征:歼灭暗物质的强大案例

资料来源:哈佛 - 史密森天体物理中心