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暗物质或能像放射性原子核一样衰变 让整个天空充满伽马射线

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发表于 2020-08-31 01:04 | 显示全部楼层 |阅读模式


天空中充满了爆炸的、看不见的伽马射线(这里用黄色和红色表示)。根据一项新研究,其中一些射线可能是暗物质的产物


伽玛射线——宇宙中最明亮、最强大的光——划过天空而人类肉眼看不见。这些异常高能的辐射爆发来自超新星爆炸,中子星碰撞出火花,从最饥饿的黑洞中喷涌而出。

当天文学家用伽马射线望远镜捕捉到它们时,这些看不见的烟火指向宇宙中一些最具爆炸性的结构。现在,一个国际研究小组希望这些强大的射线也可能指向更奇怪和更难以捉摸的东西——被称为暗物质的看不见的物质。

在一项新的研究已被《物理评论快报》杂志采纳,详细论文发表在数据库arXiv预印本上,研究人员观察了他们所谓的“未解决的伽马射线背景”——也就是说,考虑到已知如黑洞和超新星等来源后,剩下的所有模糊而神秘的伽马射线信号。当研究小组将未解决的伽马射线图与宇宙同一区域的物质密度图进行比较时,他们发现这些射线与预测中隐藏暗物质的引力质量区域精确对齐。

该研究的合著者丹尼尔·格鲁恩表示,这种相关性表明,暗物质可能是宇宙中微弱的伽马射线背景的主要原因。如果是这样的话,它可能会给天文学家提供一些关于这种神秘物质性质的重要线索。

“暗物质可以像放射性原子核一样衰变,产生伽马射线。”格鲁恩告诉Live Science,他是加州斯坦福大学能源部SLAC国家加速器实验室的天体物理学家。“也可能是多个暗物质粒子相互碰撞、相互作用产生伽马射线。”

黑暗中的涟漪

暗物质被认为约占宇宙质量的85%,尽管研究人员仍不确定它是什么或在哪里。现代科学仪器完全看不见这种物质,它从未被成功探测到。

“我们确实知道暗物质的一些特性。”格鲁恩说,“我们知道这很常见,我们知道它的质量与其他质量之间存在引力相互作用。”

换句话说,尽管暗物质是看不见的,但它通过强大的引力对宇宙产生了可见的影响。其中一个影响被称为引力透镜效应——本质上,来自遥远星系的光线是如何被它所经过的大质量物体的引力扭曲而朝向地球的。

在这项新研究中,研究人员查看了一幅引力透镜在宇宙特定区域的地图,这幅地图是由一个名为“暗能量调查”(DES)的项目编制的。安装在智利的一个巨型望远镜上,该调查的专用摄像机花了一年的时间拍摄了数亿个星系的高清图像,聚焦于远处的光在强烈的引力作用下最扭曲的地方。格鲁恩说,虽然结果地图上一些重量最大的区域与已知星系相对应,但其他巨大的区域可能显示了暗物质的潜在影响。

为了更好地理解这种影响可能是什么样子,研究人员将这幅图与美国宇航局费米伽马射线望远镜过去9年在同一区域探测到的伽马射线辐射图进行了比较。利用数学模型,研究小组根据能量输出、距离和其他各种因素,排除了所有可能与黑洞和超新星等“普通”辐射源有关的辐射。

现在,只剩下神秘的“未解决”的伽马射线源,研究小组比较了两幅图。他们发现在高伽玛射线辐射区域和高质量区域之间有明显的重叠。

格鲁恩说:“这是我们首次确定,哪里有大量的伽马射线,哪里就有大量的暗物质。”

如果暗物质真的在发射伽马射线,那么探测它的方式和组成物质就会变得非常狭窄。然而,格鲁恩说,费米图上微弱的伽马射线背景仍然有可能与暗物质无关。研究人员用来剔除那些“普通的”伽马射线发射源(如黑洞)的数学模型是基于对这些物体属性的一些假设。如果这些假设是错误的,那么遥远的黑洞对神秘的伽马射线背景的影响可能比研究人员所解释的要大得多。

格鲁恩说: “也许该模型是不完整的,也许我们实际上正在学习有关这些发射伽马射线的黑洞的知识。” “也许这些黑洞生活在比我们想象的更大的星系中。”

更多关于伽马射线和引力透镜的数据将帮助研究小组完善他们的模型,并更好地解释他们的宇宙地图。自从研究得出结论以来,DES已经收集了6倍于原来的关于宇宙质量分布的信息,而费米卫星仍然是许多追踪伽马射线爆炸的望远镜之一。格鲁恩说,一项后续研究将在未来几年内得出更明确的结果。

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