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銀河系中心出現的輻射霧霾,在兩個航天器在兩種不同波長下拍攝的天空圖中都能看到,根據一項對銀河系伽馬射線的新分析,這可能是由高能電子群造成的。 奇怪的是,一些研究人員認為,這些電子不容易用已知的天體物理過程來解釋——目前正在進行研究,以確定暗物質粒子是否可能是罪魁禍首。
暗物質是一種假設的物質,它瀰漫在宇宙中,但不會以我們可以感知的方式與光相互作用。 目前的估計認為暗物質大約是普通物質的五倍——普通物質是指構成我們熟悉的物理世界的原子和分子。 迄今為止,暗物質僅透過其引力效應被間接觀察到,但其真實性質仍然是個謎。
一篇於 10 月 26 日釋出在物理學預印本網站 arXiv.org 上並提交給 Astrophysical Journal的文章指出,銀河系中可能存在暗物質的跡象,儘管該研究的作者謹慎地保持其觀測的經驗性,並將此類推測暫時擱置。
2003 年,哈佛-史密森天體物理中心的 天文學家道格拉斯·芬克貝納 (Douglas Finkbeiner) 在 NASA 的威爾金森微波各向異性探測器 (WMAP) 收集的微波資料中注意到銀河系中心方向存在瀰漫性霧霾。芬克貝納解釋說,星際介質中產生微波的過程只有少數幾個,當他從 WMAP 資料中減去這些過程的模板時,一些奇怪的現象仍然存在。“如果我們的微波產生模型是正確的,那麼我們應該剩下隨機噪聲,”芬克貝納說。“相反,我們看到一種模式,即銀河系內部微波過量。”
他和他的同事認為,這些微波是同步加速輻射:由銀河系磁場加速的電子發射的光子。但是,電子的能譜不容易用銀河系內部的傳統來源來解釋——例如,來自超新星爆炸的電子。 因此,一種流行的暗物質模型似乎更符合要求,在該模型中,暗物質粒子會在接觸時相互湮滅,並爆發可觀測的粒子,包括電子。
芬克貝納和他的同事預測,被懷疑是 WMAP 霧霾前身的高能電子應該在伽馬射線區域產生類似的霧霾。加州大學聖巴巴拉分校卡弗裡理論物理研究所的博士後研究員、新的 arXiv 研究的主要作者格雷戈裡·多布勒 (Gregory Dobler) 說:“我們預計,那些圍繞銀河系磁場螺旋運動的電子偶爾會撞擊來自恆星或類似物體的光子。” 多布勒指出,這些電子可以將光學或紅外光子撞擊到伽馬射線能量,在那裡它們可以被 NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡探測到。
當費米的第一年資料在 8 月份公開時,多布勒、芬克貝納及其同事著手查明銀河系的伽馬射線圖是否確實具有類似於 WMAP 在微波中看到的霧霾。 果不其然,確實如此。“我最初認為,要剝離所有其他型別的在銀河系中產生伽馬射線的東西會很困難,但我有點震驚,”多布勒說。“它幾乎直接跳到你眼前。”
在新的論文中,多布勒及其同事描述了費米伽馬射線霧霾,並聲稱它證實了 WMAP 微波霧霾的同步加速器起源。 與微波霧霾一樣,作者認為,造成伽馬射線霧霾的電子似乎起源於未知的 天體物理過程。
肖恩·卡羅爾,加州理工學院的一位理論物理學家,他沒有參與這項霧霾研究,他稱天體物理學的主張,即費米和 WMAP 探測到的霧霾指向銀河系內部盤旋的高能電子群 “非常合理”。 他補充說,如果這一說法屬實,“那麼問題是,‘這些電子從哪裡來?’ 而一個非常合理的來源可能是暗物質粒子衰變或相互湮滅,併產生粒子噴霧。”
芬克貝納指出,他和他的同事在新論文中沒有推測霧霾形成電子的潛在暗物質來源。 但他和多布勒都承認正在朝著這個方向前進。“我們絕對正在暗物質物理學的背景下探索費米霧霾,”多布勒說。
但是,伽馬射線和微波霧霾的意義可能仍然面臨挑戰,即霧霾本身是否像它們看起來那樣重要。“每個人都認識到,觀察所有這些來自銀河系中心的混亂輻射,並真正說我們已經去除了所有我們理解的東西,而剩下一些我們不理解的東西,這是一件非常棘手的事情,”卡羅爾指出。
的確,一些研究人員尚未確信這些霧霾代表任何不同尋常的事物。 約翰·霍普金斯大學的天體物理學家查爾斯·貝內特是 WMAP 任務的首席研究員,他說他的團隊並沒有將霧霾視為來自銀河系中心的過量輻射,而是將其視為同步加速器輻射自然天體物理變化的一部分。 他指出最近一篇論文試圖透過傳統的天體物理機制來解釋電子,包括不需要暗物質影響的大型超新星。 “到目前為止,觀測結果可以用兩種方式解釋,”貝內特說,並指出需要相互對照檢查每種模型的預測。“與此同時,沒有特別的證據表明人們可能認為更奇特的解釋——暗物質衰變——是正確的。”