銀河系中央神秘伽馬射線或與脈衝星、而非暗物質有關

北京時間5月5日消息，據國外媒體報道，科學家指出，銀河系中央的伽馬射線爆發最可能是脈衝星的產物。脈衝星體積比太陽大30倍，是坍縮後的遠古恆星殘留的密度極高、快速旋轉的內核部分。 研究人員利用NASA費米伽馬射線太空望遠鏡開展了此次觀測。

此前科學家曾猜測，這一信號或為暗物質存在的跡象。但此次新發現對這一理論提出了調整。暗物質是物質的一種形態，占宇宙中全部物質的85%，但目前還未被探測到。

這支研究團隊由世界各地的天體物理學家組成，包括斯坦福大學SLAF國家加速器實驗室的研究人員在內。他們藉助NASA費米廣域望遠鏡（LAT）搜尋伽馬射線的痕迹。伽馬射線是光的形態中能量最強的一種。

最終研究人員得出結論，認為這些伽馬射線來自脈衝星，而非相撞的暗物質。

科學家指出，銀河系中央的伽馬射線爆發最可能是脈衝星的產物。脈衝星體積比太陽大30倍，是坍縮後的遠古恆星殘留的密度極高、快速旋轉的內核部分。這些脈衝星或屬於雙星系統、擁有一顆伴星。它們可以從伴星身上汲取能量，從而大大延長壽命。圖為NASA坎德拉X射線天文台觀測到的銀河系中心情景。

銀河系中大部分伽馬射線都源自於恆星之間由宇宙射線點亮的氣體。宇宙射線由恆星爆炸時、即超新星產生的帶電粒子構成。

但伽馬射線也由超新星的殘留物生成，也就是恆星坍縮後形成的脈衝星，它們可釋放出伽馬射線。

「研究顯示，我們不需要用暗物質解釋銀河系中的伽馬射線。」斯坦福大學與SLAC（斯坦福線性直線加速器中心）共同成立的卡弗利粒子天體物理學與宇宙學研究所（KIPAC）的米迪亞·迪莫洛博士（Dr Mattia Di Mauro）指出。「我們在銀河系中央發現了許多脈衝星，使我們對銀河系的起源有了新的認識。」

宇宙的大部分質量都由暗物質構成，但它們無法被直接觀測到，也不會釋放光線或能量。

天文學家盡己所能、試圖建立銀河系中央的伽馬射線源模型，卻發現來自該地區的伽馬射線數量遠超預期。有些研究人員認為，這些信號或為暗物質存在的證據。但除此之外，還有多種宇宙活動可產生伽馬射線。

研究人員之所以知道暗物質的存在，是因為它們能夠使遙遠星系發出的光線發生彎折，並影響星系的旋轉方式，但我們仍不清楚暗物質究竟由何物構成。

大多數研究人員認為，暗物質並非由質子、中子和電子構成，而是由我們尚未發現的粒子組成，它們幾乎從不與引力之外的常規物質發生反應，因此很難探測到。

只有當暗物質衰變、或與其它暗物質相撞並湮滅時，科學家才有可能觀測到它的存在。

「一些理論認為，上述活動會產生伽馬射線。」KIPAC研究所費米團隊的賽斯·迪戈爾博士（Dr Seth Digel）指出，「我們利用費米廣域望遠鏡在宇宙中富含暗物質的區域、如銀河系中央等，尋找此類輻射。」

此前研究顯示，銀河系中央發出的伽馬射線比科學家預料的還要多，因此有人認為，這一信號或許源自暗物質粒子。

然而，其它宇宙活動也會產生伽馬射線。我們必須先排除其它可能性，才能證實這些伽馬射線確實與暗物質有關。而這無疑是一大挑戰，因為宇宙中心情況極為複雜，種種細節根本無從知曉。

「最近由美國和荷蘭研究團隊開展的兩項研究顯示，銀河系中央額外的伽馬射線呈散點狀分布，不像暗物質信號那麼平滑。」KIPAC研究所的埃里克·查爾斯博士（Dr Eric Charles）表示，「這些研究結果說明，伽馬射線的散點狀分布或許是由點狀射線源造成的，但我們用費米廣域望遠鏡無法觀察到這些星星點點的天體，因為伽馬射線密度過高，宇宙中央太過明亮。」

銀河系中央釋放的伽馬射線比科學家預想的要多，一些科學家認為這是暗物質粒子相撞的結果（如圖左所示）。但脈衝星也能夠產生伽馬射線。脈衝星是一類快速旋轉的中子星，帶有強大磁場（如圖右所示）。

本次最新研究將此前的分析提升到了一個新高度，可以看出散點狀的伽馬射線信號與脈衝星的表現一致。

「考慮到銀河系中70%的點狀射線源都是脈衝星，它們是最可能產生這些伽馬射線的天體。」迪莫洛博士指出，「但真正使我們得出這一結論的，是脈衝星的一項獨特物理特性。」

脈衝星的光譜非常特殊，它們釋放的能量會按照一種獨特的規律、隨著其釋放的伽馬射線的能量變化而變化。

「利用脈衝星光譜的形狀，我們建立了宇宙中央約1000顆脈衝星釋放的光線模型，同時無需考慮暗物質的作用。」

研究人員計劃利用射電望遠鏡開展後續研究，以確定射線源釋放的光線是否為一連串短暫脈衝。脈衝星正是得名於此。

銀河系最古老的部位為中心地區。對該區域恆星光暈的研究也揭露了一些有關其演化過程的細節，就像遠古遺迹幫助考古學家了解人類歷史一樣。

「獨立的脈衝星壽命通常為1000萬年，比銀河系中央最古老的恆星壽命短得多。」查爾斯博士表示。

「而我們至今還能觀察到由這些脈衝星釋放的伽馬射線，說明這些脈衝星屬於雙星系統、還擁有一顆伴星。它們可以從伴星身上汲取能量，從而大大延長壽命。」

此次最新研究還增添了其它數據，進一步挑戰了「伽馬射線來自暗物質」的觀點。

迪戈爾博士指出，如果這些信號的確與暗物質有關，我們在其它星系中央也能觀測到類似信號。

「這些信號在圍繞銀河系旋轉的矮星系中應當格外明顯。矮星系中恆星數量較少，通常沒有脈衝星，但包含大量暗物質，因此不至於分崩離析。」迪戈爾博士解釋道，「然而，我們在這些星系中並未觀測到顯著的伽馬射線信號。」

前不久，天文學家在距銀河系最近的仙女座星系中觀察到了強烈的伽馬射線爆發現象。研究人員相信這或許也與脈衝星、而非暗物質有關。

費米廣域望遠鏡團隊分析了銀河系中央邊長為40度的一大片區域（滿月的直徑約為0.5度）。但在最靠近中心的、邊長為4度的區域中，射線源分布極為密集，因此很難將它們一一看清，整合出一條平滑的、符合暗物質規律的伽馬射線分布曲線，進一步減少了暗物質假說的可能性。

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