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  • 研究表明,具有自毁性的暗物质或许正发出伽马射线充斥天空

    这种宇宙中最高能的光线,是否指向宇宙中最难以解释的物质?一项新的研究给出了肯定的答案。

    研究表明,具有自毁性的暗物质或许正发出伽马射线充斥天空

    天空中闪耀着无形的爆炸性伽马射线(图示中黄色及红色部分),根据最新研究,这些射线中的一部分,或由暗物质产生。(图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心) 伽马射线是宇宙中最明亮且最强大的光线,能够穿过天空而不为肉眼所见。这些由超新星爆炸而产生的极为高能的辐射爆发,从碰撞的中子星中迸发,又从最深处的黑洞中涌出。 当天文学家们用伽马射线望远镜捕捉到它们时,发现这些不可见的闪光直指宇宙中一些最具爆破性的结构。目前,一支国际研究者小组希望,这些强大的射线同样能够引至另一种更为陌生、难以捕捉到的东西——也就是无形的暗物质。

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    在一项发表在《物理评论快报》杂志上、并在预印数据库arXiv中被详细说明的研究中,研究人员观察了他们称之为“未解决的伽玛射线背景”,也就是说这些微弱而神秘的伽玛射线信号都是在已知来源的黑洞和超新星被发现后留下的。当研究小组将未解决的伽玛射线图和宇宙同一区域的物质密度图进行比较时,他们发现这些射线精确地对准了被预测隐藏了暗物质的强引力区域。

    该研究的合著者丹尼尔·格鲁恩表示,这两者间的相关性表明了暗物质可能是宇宙中微弱的伽马射线背景的主要成因。如果是这样的话,就能为天文学家神秘的物质属性研究提供一些至关重要的线索。

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    “暗物质能够像放射性原子核一样衰变,同时产生伽马射线。” 格鲁恩,这位加州斯坦福大学的、美国能源部SLAC国家加速器实验室的天体物理学家告诉美国生命科学网,“也可能是多个暗物质粒子相互碰撞,相互作用中产生了伽马射线。”

    黑暗中的涟漪

    暗物质约占宇宙质量的85%,虽然研究者仍然对暗物质是什么、在哪里并不确定。当代科学仪器完全看不见暗物质,它从未被成功探测到过。

    “不过,我们确实知道暗物质的一些性质,”格伦(Gruen)说道。“我们知道它很常见,还知道它具有质量,因此它和其他有质量的物体之间相互吸引。”

    换句话说,即使暗物质是不可见的,它通过强大的引力在宇宙中造成可见的影响。其中一种影响被称为引力透镜效应——本质上说,来自遥远星系的光,被它通向地球的路上遇到的巨大质量天体的引力所弯曲。

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    两张示意图如上。暗物质密度(红色)和伽马射线高活动区(黄色)重叠得十分一致。(图片来源:Daniel Gruen/SLAC/Stanford, Chihway Chang/University of Chicago, Alex Drlica-Wagner/Fermilab)

    为了此项新研究,研究人员对一张由暗能量调查项目(DES)编制而成,反映宇宙中某一特定区域的引力透镜效应的天体图进行了观察。通过安装在智利的一个巨型望远镜上的勘测专用相机,聚焦在远光受零星的强烈引力发生畸变最严重的区域,用一年的时间捕捉拍摄了数亿个星系的高清图像。格伦表明,尽管最终天体图上的一些最大型区域与已知星系相吻合,但大量其他区域很可能说明存在着暗物质的潜在影响。

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    为了更好地了解这种影响究竟是什么样的,研究人员将这张质量图与过去九年间NASA费米伽马射线望远镜在同一区域探测所得的伽马射线辐射图进行了对比。研究团队根据其能量输出、距离和其他多种因素,利用数学模型移除了所有明确来自于黑洞和超新星这些“平常”来源的辐射。

    眼下只剩“未解决的”的神秘伽马射线源,研究团队对比了这两张天体图,发现强伽马射线区域与大质量区域有明显的重叠。

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    “这是我们首次在研究中得以确信,有大量伽马射线存在的地方,也有大量暗物质存在。” 格伦声称。

    如果暗物质真的在发射伽马射线,这会极大地减少检测它的方法并缩减它事实上构成元素的范围。然而格伦说,费米图上微弱的伽马射线背景仍然可能与暗物质无关。研究者们用来排除伽马射线的“寻常”发射源(例如黑洞)的数学模型是基于一些对这些物体性质的假设。如果这些假设是错误的,遥远的黑洞可能是相较研究者所解释的而言更多神秘的伽马射线背景的产生原因。

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    “或许模型是不完备的,或许我们事实上正在获得关于发射伽马射线的黑洞的知识,”格伦说,“或许,这些黑洞存在于比我们所想象的更加广大的星系中。”

    更多关于伽马射线和引力透镜的数据将有助于研究队伍修正他们的模型并更好地说明他们的宇宙图。自从研究得出结论,DES(暗物质测量)已经收集了六倍之多的宇宙质量分布的信息,而费米卫星依然是追踪伽马射线暴的许多望远镜之一。格伦说,在接下来数年中,一项展示更加清晰的结果的后续研究将会进行。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3..space-Brandon Specktor- Gilbert,同盟名花先寇布,prprpr,Fermina,慢慢吞海鸥

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