銀河系中央的奇異閃光 脈衝星還是暗物質？

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科學家在銀河系中央發現奇異閃光，但源頭仍是一個未知數。一些科學家認為銀河系中央的過量高能伽馬輻射閃光可能由隱藏的數千顆毫秒脈衝星導致。毫秒脈衝星是磁化中子星，每秒旋轉1000周，讓銀河系中央沐浴在過量伽馬射線中。但對這一理論進行進一步研究後，科學家發現了另一種可能性——暗物質才是神秘閃光的真正源頭。雖然暗物質不發光，也不與已知粒子發生交互，但暗物質粒子對撞時會發生湮滅，釋放出伽馬射線。

銀河系中央的過量閃光。研究人員認為這個信號可能暗示了假設中存在的暗物質粒子。不過，這種奇異現象可能還有其它源頭

提到銀河系中央的奇異閃光，麻省理工學院的理論物理學家麗貝卡?林尼表示：「我們在數據中發現了我們無法理解的現象。」對於這種高能光線的能量來源，天體物理學家陷入困惑之中。林尼說：「我們的伽馬射線知識無法解釋這種現象。如果暗物質存在的話，這種奇異現象也許隱藏著暗物質信號。」

Daily Galaxy網站2018年3月報道稱，根據馬克斯·普朗克引力物理研究所和馬克斯·普朗克射電天文學研究所的預測，銀河系中央的過量高能伽馬輻射閃光可能由隱藏的數千顆毫秒脈衝星導致。只有少數毫秒脈衝星能夠藉助當前的大型射電望遠鏡進行觀測。通過搜索伽馬射線，科學家發現毫秒脈衝星的可能性更大。

脈衝星Geminga及其高能粒子云的藝術概念圖

研究人員在預印本平台arXiv發表論文稱，銀河系中央的神秘閃光由脈衝星導致。在對這一理論進行進一步研究後，科學家發現了另一種可能性——暗物質才是神秘閃光的源頭。在藉助天基觀測儀器對銀河系中央閃光進行研究時，科學家可能發現了據信遍布宇宙的暗物質的第一個直接證據。

2009年，這個問題第一次浮出水面，當時芝加哥大學天體物理學家丹·胡珀注意到美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡捕獲了大量高能光子，也就是伽馬射線。胡珀認為這種異常現象來自於銀河系中央的暗物質粒子。雖然暗物質不發光，也不與已知粒子發生交互，但暗物質粒子對撞時會發生湮滅，產生我們熟悉的物質和反物質雨，隨後釋放出伽馬射線。對這些伽馬射線進行觀測能夠獲取暗物質的相關證據。

費米伽馬射線太空望遠鏡

但根據之前的理論，這種閃光由未發現的「宇宙燈塔」——毫秒脈衝星提供能量。毫秒脈衝星是磁化中子星，每秒旋轉1000周，讓銀河系中央沐浴在過量伽馬射線中。2015年公布的兩項研究對費米望遠鏡的觀測數據進行了分析，證明存在多顆毫秒脈衝星。如果暗物質是原因所在，費米所獲圖像的所有像素應該更均勻，但事實並非如此。也就是說，暗物質假設可能不成立。

不過，根據林尼和麻省理工學院理論物理學家、2015年脈衝星研究論文合著者特雷西·斯萊特爾的研究，此前的研究將銀河系中央的暗物質「誤讀」為脈衝星。林尼和斯萊特爾強調，他們的研究結果並不含有暗物質的新證據，但削弱了銀河系中央伽馬射線閃光的其它解釋。斯德哥爾摩大學物理學家馬丁·維克勒表示：「這項研究略微提高了暗物質假設的可信度。」

阿爾法磁譜儀安裝到國際空間站上

最近對國際空間站阿爾法磁譜儀（以下簡稱AMS）觀測數據進行的分析表明，AMS探測到數量超出預計的反質子，可能是暗物質對撞的另一個殘餘。產生AMS數據所需的暗物質粒子與產生銀河系中央伽馬射線閃光所需的暗物質粒子相同。這種重疊促使一些天體物理學家認為他們可能找到了「二合一」的解釋。

俄亥俄州大學天體物理學家、AMS數據研究論文合著者蒂姆·林登表示：「如果你告訴我，我們使用的背景模型是正確的，我一定會立馬大叫『暗物質！』。」如果AMS或者其它高空實驗發現更重的反物質粒子，將進一步證明暗物質假設。維克勒說：「這將是一個確鑿證據。」提到反質子測量結果時，林尼表示：「如果銀河系中央的過量閃光捲土重來，我們有可能發現暗物質的第一個信號。」

蓋亞衛星藝術概念圖

在2018年4月公布蓋亞衛星的觀測數據後，科學家又進行了一系列努力，探測銀河系的暗物質。天文學家發現銀河系充斥著令人驚異的現象，包括暗物質團塊線索，這一發現有助於科學家進一步了解暗物質的特性。

理論學家懷疑銀河系棲身在一個巨大的球形暗物質光暈中。與正常物質一樣，它們也在引力的作用下聚集在一起，形成團塊。宇宙學模擬結果顯示數千個大型暗物質團塊環繞銀河系，偶爾被中央的暗物質雲吞噬。這個過程與銀河系吞噬衛星矮星系類似。

藝術概念圖，銀河系的暗物質藍色光暈

蓋亞衛星的精確度是此前任何觀測的100倍。在這顆高靈敏衛星的幫助下，科學家得以進一步洞察銀河系。在蓋亞所觀測的10億多顆恆星中，約99%的恆星距離從未得到精確測量。確定每顆恆星的位置和移動軌跡，有助於科學家描繪未知的銀河系歷史。普林斯頓大學的天體物理學家艾德里安·普利斯-威倫表示蓋亞衛星的觀測數據迫使科學家重新審視用於簡化模型的某些典型假設。「我們已經知道這些假設是錯誤的，如今，蓋亞衛星告訴我們它們錯得有多離譜。」

銀河系藝術概念圖

絕大多數暗物質子結構據信只含有少量恆星或者沒有恆星存在，導致很難探測暗物質，但蓋亞衛星在GD-1發現了一個線索。GD-1是2006年發現的一個長恆星流，連綿半個北天。蓋亞衛星讓普利斯-威倫和哈佛-史密森尼天體物理學中心的天文學家安娜·博納卡深入研究GD-1。他們分析了銀河系潮汐場如何瓦解球狀星團，以及產生的碎片如何揭示暗物質的分布。

2018年11月，普利斯-威倫和博納卡以及另外兩位科學家在GD-1發現了一個獨特缺口，可能是5億年前與一顆大質量天體遭遇後留下的傷疤。由於這個天體的闖入，這條恆星流在引力拖拽的影響下發生了斷裂。

從側面看，銀河系好似一個略微彎曲的車輪。這個「宇宙車輪」的直徑在10萬光年左右，厚5000光年，一個明亮的球形凸起環繞中央

博納卡表示：「最有可能的『罪魁禍首』是緻密的暗物質團塊，其質量可能在太陽的100萬倍到1億倍之間。」相關估算對創建暗物質的物理學模型具有重要意義。如果能夠確定暗物質粒子的質量，科學家便可了解它們的移動速度以及所能形成的團塊規摸。GD-1闖入者的規摸處在一個有趣的範圍，能夠排除掉質量較小的暗物質團塊候選者。

博納卡和她的研究小組當前的興趣點是，利用蓋亞衛星觀測數據確定這個遠古暗物質團塊的軌道。如果能夠確定它的當前方位，科學家有望探測到它對其它物質的引力影響。此外，科學家也可以「訓練」伽馬射線望遠鏡，尋找暗物質彼此湮滅或者衰變的證據。這些過程都會產生高能光子。在伽馬射線望遠鏡的幫助下，科學家能夠對暗物質進行進一步觀測，揭示這種不可見物質的物理特性。

來源：漫步宇宙

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