宇宙中部分伽马射线可能由暗物质产生

摘要:

北京时间2月26日消息,据国外媒体报道,伽马射线是宇宙中最明亮、能量最高的光线,但人眼看不见它们。超新星爆发、中子星相撞、以及饥肠辘辘的黑洞都会在瞬间爆发出能量极高的伽马射线辐射。

宇宙中充满了爆发性的、隐形的伽马射线(图中以红黄两色表示)。一项新研究称,暗物质或许也能产生伽马射线。

被天文学家用伽马射线望远镜捕捉到的伽马射线全都来自于宇宙中最“易燃易爆炸”的天体。但一支国际研究人员团队希望,这些强大的射线还能指向一种更奇特、更神秘的物质——即所谓的“暗物质”。

在《物理评论快报》上发表的一篇新研究中,研究人员考察了所谓的“不明伽马射线背景”,即宇宙中除了黑洞和超新星等已知来源产生的伽马射线外、剩余的微弱、神秘的伽马射线信号。当该团队将不明伽马射线的分布图与宇宙中同一区域的物质密度分布图进行对比时,他们发现这些射线与宇宙中的大质量区域完全对应,而根据科学家的预测,暗物质正是隐藏在这些区域中。

从图中可以看出,两张分布图高度重合,暗物质密度分布(红色)与伽马射线(黄色)惊人地一致。

该研究的共同作者、位于斯坦福大学的美国能源部国家加速器实验室天体物理学家丹尼尔·格鲁恩(Daniel Gruen)指出,这种关联说明暗物质或与宇宙中的微弱伽马射线背景有关。若真是如此,这将为天文学家提供一些有关暗物质神秘特性的关键线索。

“暗物质可能会像放射性原子核一样衰变,并在过程中产生伽马射线。”格鲁恩表示,“也可能是几个暗物质粒子相互碰撞、在相互作用的过程中产生了伽马射线。”

黑暗中的涟漪

科学家认为,暗物质占宇宙全部物质质量的85%,但研究人员仍不清楚它们的本质、也不知道它们身处何处。现代科学仪器在暗物质面前如同盲人一般,从未成功探测到过它们的存在。

“不过,我们已经知道了暗物质的部分特性。”格鲁恩说道,“我们知道它们在宇宙中非常常见,并且它们有质量,可以与其它物质发生引力相互作用。”

换句话说,尽管暗物质不可见,但可以通过自身的强大引力对宇宙造成可见影响。其中一种影响叫做“引力透镜”,简单来说是指,遥远星系发出的光线在前往地球途中、会在沿途大型天体的强大引力作用下发生扭曲。

在此次新研究中,研究人员分析了宇宙中一片特殊区域的引力透镜分布图。这张分布图由“暗物质调查”(DES)项目编撰而成。该项目的专用照相机被安装在智利一台巨型望远镜上,用一年时间拍摄了上亿个星系的高分辨率照片,主要关注遥远星系发出的光线在哪些区域被引力扭曲得最厉害。在最终编撰的分布图中,有些大质量区域可以与已知星系对应,但也有一些区域隐隐显示了暗物质在暗中造成的影响。

为进一步弄清这些影响,研究人员将这张质量分布图与NASA的费米伽马射线望远镜过去九年间在同一区域探测到的伽马射线分布情况进行对比。该团队用数学模型去除了其中所有来自黑洞和超新星等“普通“来源的伽马射线辐射,让图中只剩下神秘的”不明“伽马射线来源。再次比较了两张分布图后,他们发现,存在大量伽马射线辐射的区域与质量密集区域明显重合。

“我们在此次研究中首次确认,在宇宙中分布着大量伽马射线的区域,也分布着大量暗物质。”格鲁恩饱受。

如果暗物质的确会释放伽马射线,便可大大降低探测暗物质和弄清暗物质组成的难度。但格鲁恩指出,费米望远镜绘制的分布图上的微弱伽马射线背景也有可能与暗物质毫无关联,目前还不能排除这种可能性。他们用来剔除图中普通伽马射线的数学模型是以对黑洞等天体性质的假设为基础的。但这些假设也可能有误,遥远的黑洞释放出的伽马射线也许比研究人员估测的要多。

“这套模型也许还不够完善,这些黑洞所在的星系质量也许比我们所想的还要大。”格鲁恩指出。

该团队还需要更多关于伽马射线和引力透镜的数据,才能进一步修改该模型、以及更好地解读上述宇宙分布图。自此次研究之后,暗物质调查项目又收集到了更多宇宙中的质量分布信息,费米望远镜也一直在和其它众多望远镜一起、对伽马射线爆发保持密切追踪。格鲁恩表示,接下来几年间应该会开展后续研究,届时会得出更清楚的研究结果。

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