Popular science work
德國波茨坦萊布尼茨天體物理研究所聯(lián)合以色列希伯來大學(xué)和美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)，通過高分辨率模擬發(fā)現(xiàn)，銀河系中心附近的暗物質(zhì)并非呈球形，而是呈扁平盒狀結(jié)構(gòu)且不對稱，與銀河系古老恒星核結(jié)構(gòu)高度一致，為“伽馬射線過量源于暗物質(zhì)湮滅”的理論提供了有力證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《物理評論快報》雜志。
10多年前，美國費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡在觀測銀河系中心時發(fā)現(xiàn)，伽馬射線數(shù)量明顯超出理論預(yù)期，這種高能光子信號被稱為“伽馬射線過量”。這一現(xiàn)象立即引發(fā)天文學(xué)界的廣泛討論。科學(xué)家提出兩種主要解釋：一是這些射線可能來自古老的毫秒脈沖星，即每秒自轉(zhuǎn)上千次的超致密中子星，其能釋放強(qiáng)烈高能輻射；二是暗物質(zhì)粒子相互碰撞湮滅釋放能量產(chǎn)生的伽馬射線。
此前，由于暗物質(zhì)分布模型與觀測數(shù)據(jù)存在差異，這一假說一度受到質(zhì)疑。此次，研究團(tuán)隊(duì)利用高分辨率宇宙模擬技術(shù)，結(jié)合銀河系的歷史合并過程，重建了多種“銀河系樣星系”的形成過程。模擬顯示，銀河系中心暗物質(zhì)呈扁平、盒狀結(jié)構(gòu)，與古老恒星核形態(tài)一致。這一幾何特征對解釋伽馬射線過量至關(guān)重要。
長期以來，反對暗物質(zhì)假說的一個主要理由是，伽馬射線過量呈盒狀分布，更像脈沖星產(chǎn)生的光信號。然而，如果暗物質(zhì)本身也呈現(xiàn)類似結(jié)構(gòu)，這一反對理由便不再成立。換言之，暗物質(zhì)粒子的碰撞和湮滅完全可能成為銀河系中心伽馬射線過量的來源。
未來，正在智利建設(shè)的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列將提供更高能量范圍的伽馬射線觀測能力，有望通過記錄高能段的“尾部”來區(qū)分暗物質(zhì)與脈沖星假說。天體物理學(xué)家認(rèn)為，如果觀測到伽馬射線在特定高能段出現(xiàn)明顯截斷，將成為暗物質(zhì)湮滅存在的關(guān)鍵證據(jù)；若能量呈現(xiàn)類似脈沖星的漸進(jìn)衰減，則意味著脈沖星仍可能是主因。但隨之而來的問題是，銀河系中心為何能誕生并保留如此多脈沖星。
這一研究若進(jìn)一步得到確認(rèn)，將成為暗物質(zhì)存在的首個間接證據(jù)，對物理學(xué)、宇宙學(xué)乃至星系形成研究都具有深遠(yuǎn)意義，也可能為探索標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理提供方向，并有助于解答人類對宇宙組成的長期疑問。
來源：科技日報
