銀河系中心一道神秘輝光已困擾天文學(xué)家十余年。新研究提出的一種解釋，可能將重塑我們對(duì)暗物質(zhì)的認(rèn)知。

新的模擬顯示，我們星系中心附近的暗物質(zhì)是"扁平狀"的，而非此前認(rèn)為的球體。這一發(fā)現(xiàn)或許能為那道困擾天文學(xué)家十余年的神秘高能輝光的起源提供線索，盡管仍需更多研究來排除其他理論。

"當(dāng)費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡指向銀河系中心時(shí)，它探測(cè)到了過量的伽馬射線，"德國(guó)萊布尼茨天體物理研究所波茨坦分所及愛沙尼亞塔爾圖大學(xué)的研究員莫里茨·米克爾·穆魯通過電子郵件告訴媒體。"不同的理論競(jìng)相解釋這種過量輻射的可能來源，但至今尚無定論。"

早期，科學(xué)家提出這種輝光可能來自暗物質(zhì)粒子相互碰撞并湮滅。然而，該信號(hào)的扁平形狀與大多數(shù)暗物質(zhì)模型中假設(shè)的球形暈輪并不匹配。這種差異導(dǎo)致許多科學(xué)家更傾向于另一種解釋，即涉及毫秒脈沖星 —— 那些會(huì)釋放伽馬射線的古老、快速旋轉(zhuǎn)的中子星。

如今，由穆魯領(lǐng)導(dǎo)并于10月16日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的一項(xiàng)研究，對(duì)長(zhǎng)期以來關(guān)于暗物質(zhì)形狀的假設(shè)提出了挑戰(zhàn)。通過對(duì)銀河系進(jìn)行高級(jí)模擬，穆魯及其同事發(fā)現(xiàn)，星系中心附近的暗物質(zhì)并非完美的球體，而是扁平的 —— 正如觀測(cè)到的伽馬射線信號(hào)那樣。

一個(gè)持久的宇宙謎題

伽馬射線是能量最高的光形式。它們通常產(chǎn)生于宇宙中最極端的環(huán)境，例如劇烈的恒星爆炸和圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。然而，即便在考慮了所有已知來源之后，天文學(xué)家仍持續(xù)發(fā)現(xiàn)來自銀河系核心的、無法解釋的輝光。

一種被提出的解釋是，這種輻射源自暗物質(zhì) —— 這種不可見的物質(zhì)構(gòu)成了宇宙絕大部分的質(zhì)量。一些模型表明，暗物質(zhì)粒子偶爾會(huì)相互撞擊，將其部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為伽馬射線爆發(fā)。

"由于沒有對(duì)暗物質(zhì)的直接測(cè)量，我們對(duì)其知之甚少，"穆魯說。"有一種理論認(rèn)為暗物質(zhì)粒子可以相互發(fā)生作用并湮滅。當(dāng)兩個(gè)粒子碰撞時(shí)，它們會(huì)以高能輻射的形式釋放能量。"

但是，當(dāng)伽馬射線的扁平盤狀形態(tài)與假想中的球狀暗物質(zhì)暈輪形態(tài)不符時(shí)，這一理論便失寵了。

重新思考暗物質(zhì)的形狀

穆魯和他的同事們開始重新審視關(guān)于星系內(nèi)部暗物質(zhì)必定是球形的這一基本假設(shè)。他們使用了一套名為HESTIA的高分辨率計(jì)算機(jī)模擬，該模擬能在現(xiàn)實(shí)的宇宙環(huán)境中重建類似銀河系的星系。研究團(tuán)隊(duì)借此研究了暗物質(zhì)在星系中心附近的行為。

他們發(fā)現(xiàn)，過去的星系合并和引力相互作用會(huì)扭曲暗物質(zhì)的分布，使其變平呈卵形或盒狀 —— 很像在我們星系中心看到的恒星隆起。

"我們最重要的成果是指出了否定暗物質(zhì)解釋的一個(gè)原因源于一個(gè)簡(jiǎn)單的假設(shè)，"穆魯說。"我們發(fā)現(xiàn)中心附近的暗物質(zhì)并非球形 —— 它是扁平的。這讓我們向利用來自銀河系中心的線索來揭示暗物質(zhì)本質(zhì)的目標(biāo)邁進(jìn)了一步。"

這一修正后的圖景意味著，由暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)生的預(yù)期伽馬射線圖案，可能很自然地看起來與天文學(xué)家觀測(cè)到的非常相似。換句話說，暗物質(zhì)的解釋可能僅僅因?yàn)榭茖W(xué)家使用了錯(cuò)誤的形狀而被低估了。

下一步方向

盡管新發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)了暗物質(zhì)作為伽馬射線信號(hào)來源的論證，但并未終結(jié)這場(chǎng)辯論。為了區(qū)分暗物質(zhì)和脈沖星，天文學(xué)家需要更精確的觀測(cè)。

"對(duì)恒星解釋而言，一個(gè)明確的跡象將是發(fā)現(xiàn)足夠多的脈沖星來解釋伽馬射線輝光，"穆魯說。"具有更高分辨率的新望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在建設(shè)中，這可能有助于解決這個(gè)問題。"

如果即將投入使用的新設(shè)備，例如平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡和切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列，能在銀河系中心揭示出許多微小的、點(diǎn)狀來源，這將支持脈沖星的解釋。反之，如果輻射仍然是平滑且彌散的，那么暗物質(zhì)場(chǎng)景將獲得更多支持。

穆魯指出，證明暗物質(zhì)的'確鑿證據(jù)'將是一個(gè)與理論預(yù)測(cè)精確匹配的信號(hào)，并補(bǔ)充說這樣的確認(rèn)需要改進(jìn)的模型和更好的望遠(yuǎn)鏡。"即使在下一代觀測(cè)設(shè)備投入使用之前，我們的模型和預(yù)測(cè)也在穩(wěn)步改進(jìn)。一個(gè)未來的展望是尋找其他地方來檢驗(yàn)我們的理論，例如附近矮星系的中心區(qū)域。"

伽馬射線過量之謎已持續(xù)十余年，每一項(xiàng)新研究都為這個(gè)謎題添上一塊拼圖。無論這輝光是來自暗物質(zhì)、脈沖星，還是某種完全出乎意料的東西，穆魯?shù)难芯砍晒纪癸@了星系結(jié)構(gòu)本身可能蘊(yùn)藏著關(guān)鍵線索。通過重塑我們對(duì)銀河系黑暗核心的理解，科學(xué)家們正逐漸逼近現(xiàn)代天體物理學(xué)中最深刻的問題之一 —— 暗物質(zhì)究竟是什么。

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