費米伽馬射線太空望遠鏡發現銀河系中心存在神秘伽馬射線。它可能來自脈衝星或暗物質碰撞，新模擬顯示暗物質也能形成 bulge狀光芒，這一發現或能證實暗物質存在，想知道如何驗證嗎？
在我們銀河系的中心，存在一種神秘的瀰漫性伽馬射線輻射——伽馬射線是一種高能輻射，通常由快速旋轉或爆炸的恆星等高能天體發出。
美國國家航空航天局（NASA）的費米伽馬射線太空望遠鏡在2008年發射後不久就探測到了這種輻射，多年來，這種輻射一直困擾着科學家，引發了關於其來源的諸多猜測。
一些天文學家認為，這種輻射來自脈衝星——爆炸恆星留下的旋轉殘骸；另一些天文學家則認為，它來自暗物質粒子的碰撞。暗物質是一種難以捉摸的無形物質，被認為比普通物質多五倍。
此前已有多項研究為這兩種觀點提供了支持，但暗物質理論面臨一個問題：伽馬射線輻射的形狀似乎與銀河系核球（銀河系中心一個密集的球狀區域，主要由古老恆星構成，其中也包括脈衝星）的形狀相符。這一觀測結果似乎更支持脈衝星理論，因為專家認為，如果輻射源是暗物質，其形狀應該更接近球形。然而，天文學家們尚未觀測到足夠多能產生這種伽馬射線的脈衝星，因此無法得出確切結論。
如今，利用超級計算機進行的新模擬首次表明，暗物質碰撞也可能產生核球形狀的輻射，這為暗物質理論提供了更多支持。
「目前存在兩種理論，一種認為是暗物質，聲稱它能解釋我們觀測到的數據；另一種認為是古老恆星，」約翰·霍普金斯大學物理學與天文學教授、這項新發現研究的合著者約瑟夫·西爾克表示，該研究於周四發表在《物理評論快報》上。
「在我看來，目前暗物質的可能性有50%，而另一種更常見的解釋——古老恆星——的可能性也差不多。」
暗物質證據的發現將具有開創性意義。瑞士天文學家弗里茨·茲威基在20世紀30年代首次提出了暗物質存在的理論，美國天文學家薇拉·魯賓和W·肯特·福特在20世紀70年代證實了這一理論。他們注意到，在螺旋星系邊緣運行的恆星速度過快，僅靠可見物質和引力無法將它們束縛在星系內，因此推測存在大量看不見的物質阻止它們飛離星系。儘管經過數十年的努力，科學家們仍未直接觀測到這種神秘物質，「暗物質」也因此得名。
「毫無疑問，暗物質的本質是物理學中尚未解決的重大問題之一，」西爾克表示。「它無處不在——在我們身邊，在遙遠的宇宙中——但我們就是不知道它是什麼。」
關於暗物質的構成，存在多種假說，包括原初黑洞的殘餘物或某種未被發現的粒子。尋找暗物質的努力在很大程度上集中在後者，這也促使科學家建造了諸如美國南達科他州LZ暗物質實驗裝置這樣的探測器。
該裝置旨在探測暗物質的主要候選者之一——弱相互作用大質量粒子（WIMPs）。這種假想粒子不吸收光線，幾乎能毫無阻礙地穿過普通物質。科學家認為，當兩個弱相互作用大質量粒子相遇時，它們會相互湮滅並產生伽馬射線，這使它們成為這種神秘輻射的合理來源。
西爾克的研究團隊利用超級計算機繪製了銀河系中暗物質的分佈圖，並考慮了銀河系最初的形成過程。
「過去20年裏，所有關於銀河系暗物質的模型都假設它基本上像一個球形天體，沒有特定形狀，因為這是最簡單的模型，」西爾克表示。
「我們的貢獻在於，首次通過計算機對暗物質分佈進行了真實模擬。令人驚訝的是，我們發現暗物質的中心區域——也就是伽馬射線的發射區域——實際上是扁平的，更像是雞蛋的形狀。」西爾克解釋道，這種扁平形狀與費米望遠鏡觀測到的數據高度吻合。
幸運的是，要確認暗物質與這種輻射之間的聯繫，可能不需要等待太久。切倫科夫望遠鏡陣列天文台（CTAO）正在智利和西班牙兩個地點建設，最早將於2027年開始返回觀測數據。西爾克表示，該天文台探測伽馬射線的解像度將遠高於費米望遠鏡，這使得科學家能夠判斷銀河系中心的伽馬射線是否來自暗物質碰撞。
他補充說，這一發現將是暗物質探索領域的重大突破，同時也能證明至少有一部分暗物質是由弱相互作用大質量粒子構成的。相反，如果切倫科夫望遠鏡陣列天文台未能將這種輻射與暗物質聯繫起來，科學家在暗物質探索方面將回到起點，所有可能性仍將存在。
麻省理工學院物理學教授特蕾西·斯萊特耶沒有參與這項研究，她表示，這項研究有助於重新開啟暗物質可能解釋銀河系中心輻射這一可能性，儘管它沒有提供支持暗物質的新實證。不過，她並不認為暗物質分佈的形狀與恆星核球的形狀存在明確的匹配關係。「即使在這項研究之前，我也認為暗物質假說仍然是合理的，」她補充道。
倫敦大學學院物理學與天文學教授錢卡烏爾·加格也沒有參與西爾克的研究，他表示，這項工作進一步支持了國際社會繼續努力尋找弱相互作用大質量粒子的行動。「它們仍然是解決長期存在的暗物質問題的最簡潔方案，」加格在電子郵件中補充道，並指出隨着更多弱相互作用大質量粒子探測器的研發，觀測到這些粒子在太空中湮滅的信號，將意味着解決這個近百年的暗物質謎題。
邁阿密大學物理學系副教授尼科·卡佩盧蒂表示，費米望遠鏡對美國國家航空航天局來說具有變革性意義，這篇論文表明，暗物質在解釋銀河系中心神秘輻射的競爭中仍處於有利地位。「這個謎團依然存在，正是這種謎團讓我這樣的科學家夜不能寐，」沒有參與這項研究的卡佩盧蒂說。
他補充說，弄清楚暗物質是什麼，是我們這個時代的科學使命，並指出「弱相互作用大質量粒子這種假想粒子，多年來一直是我們的主要懷疑對象。」他表示，地球上的實驗尚未捕捉到它們，這一點令人沮喪。
「但費米望遠鏡給了我們繼續相信的理由。這篇論文提醒我們，不要輕易將弱相互作用大質量粒子排除在外——它們仍有可能是銀河系中心輻射的來源，」卡佩盧蒂說。「如果真是這樣，我們離揭開宇宙的一個根本性秘密就越來越近了。」
銀河系中心神秘光芒的來源之爭仍在繼續，暗物質假說迎來新支持。若獲一次深空實驗名額，你選黑洞、系外行星還是早期宇宙？為什麼？
