在太空中檢測到的神秘光芒可能是暗物質在自我毀滅

從銀河系中心發出的奇怪伽馬射線光芒可能是人們長期以來尋找的指紋暗物質有證據表明，粒子相互湮滅。

一項涉及類銀河系模擬的新研究工作表明，從該地區發出的神秘的、無法解釋的額外伽馬輻射同樣可能是由于暗物質湮滅和毫秒造成的脈沖星——暗物質假說甚至可能略有優勢。

“暗物質主宰著宇宙，將星系團結在一起。這是極其重要的，我們一直在拼命思考如何檢測它。天體物理學家約瑟夫·西爾克說約翰霍普金斯大學。

“伽馬射線，特別是我們在銀河系中心觀察到的多余光，可能是我們的第一個線索。”

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這種伽馬射線輝光，稱為銀河中心 GeV 過量（GCE）的 10 月 1 日，此后一直困擾著天文學家它在 2009 年被發現來自美國宇航局費米伽馬射線太空望遠鏡的數據。銀河系中心的某種東西正在以宇宙中能量最高的光形式產生光芒，但無論它是什么，天文學家還沒有確定它。

有兩個主要候選人。其中之一是暗物質，懸在宇宙周圍的神秘額外引力源，無法用構成我們直接探測到的一切的正常物質來解釋。

我們不知道暗物質是什么，但一個假設的候選者正在弱相互作用大質量粒子，或者懦夫.科學家預測，當 WIMP 及其反粒子碰撞時，它們互相湮滅，在不同粒子（包括伽馬射線光子）的陣雨中爆炸。

這其他候選人是毫秒脈沖星。這些是中子星在它們生命周期的最后階段，由一顆大質量恒星的坍縮核心形成，該恒星在超新星爆炸中噴射出大部分物質。是什么造就了中子星一個脈沖星是它的極快的旋轉.當它旋轉時，它會發射無線電波、粒子和輻射束，包括 X 射線和伽馬射線。當這些光束掃過時，脈沖星似乎在脈沖。

天文學家尚未探測到可能導致 GCE 的脈沖星數量，但有一些方法可以縮小可能性。應包括脈沖星的老恒星數量銀河隆起– 銀河系的中央氣泡狀區域 – 似乎形成了一個X形，而之前的研究表明銀河系的暗物質暈是球形.

這些分布會對 GCE 的形狀產生不同的影響。如果罪魁禍首是毫秒脈沖星，GCE 應該四四方方，而暗物質起源會產生更球形的形狀。根據解釋，費米數據表明 GCE 具有明顯的四四方方分布。

在德國波茨坦萊布尼茨天體物理研究所的宇宙學家穆里茨·米克爾·穆魯 （Moorits Mihkel Muru） 的領導下，研究人員想知道這種盒子形狀是否最終排除了 GCE 候選名單中的暗物質湮滅。

他們使用超級計算機對銀河系的演化歷史進行模擬，繪制暗物質的密度和分布圖，并將其與用作毫秒脈沖星代理的舊恒星的分布進行比較。該團隊沒有模擬湮滅如何隨時間增加，而是專注于當今的暗物質結構及其投射的伽馬射線信號。

這些模擬的結果都是在大約 8 千秒差距的距離（太陽系與銀河系中心的距離）觀測到的，因此它們看起來就像我們在當前觀測位置看到的那樣。

他們發現暗物質暈可能不是完美的圓形，而是由于銀河系的悠久歷史而略微變平與其他星系的合并.當投影到銀河系的天空圖上時，它會因暗物質湮滅而產生四四方方的伽馬射線輝光。

這表明扁平的形狀不一定可以診斷毫秒脈沖星，但同樣可能是暗物質的結果。

“GCE 的兩種假設，即暗物質湮滅和毫秒脈沖星，根據形態、光譜和強度，同樣合理，鑒于觀察到的毫秒脈沖星的缺陷，暗物質假說在最后一個屬性上可能略有優勢，”研究人員在他們的論文中寫道.

同樣重要的是要注意，一些觀察結果已經揭示略有不均勻的斑點在 GCE 中，正如毫秒脈沖星等點源所預期的那樣。暗物質湮滅會產生更平滑的光芒。這項新研究并沒有直接解決小規模的紋理問題，而這種質地一直在其他分析中探討，但隨著 GCE 的大規模形狀不再排除暗物質，伽馬輻射的兩個源可能都在銀河系中心活躍。

作者指出，即將建成的天文臺，如切倫科夫望遠鏡陣列和南方寬視場伽馬射線天文臺，應該有助于區分這兩種情況。

“我們可能會看到新數據并證實一種理論而不是另一種理論，”絲綢 說.“或者也許我們什么也找不到，在這種情況下，這將是一個更大的謎團需要解開。”

該研究已發表在物理評論快報.

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