惰性中微子，3.5keV線，銀河系的新發(fā)現(xiàn)能為我們揭開暗物質(zhì)的神秘面紗嗎？

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(圖片: ? Artistic rendering by Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, Zosia Rostomian (Berkeley Lab), 基于費(fèi)米大視場望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。)

科學(xué)家們認(rèn)為暗物質(zhì)在銀河系中心周圍產(chǎn)生了一個明亮的球狀x射線輻射暈。雖然研究遙遠(yuǎn)星系神秘信號的科學(xué)家們并沒有如他們所愿發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。但是他們用來探測這種奇怪信號發(fā)明的新技術(shù)，即利用我們自己的星系來尋找暗物質(zhì)的技術(shù)，可能會提升對這種令人難以捉摸的物質(zhì)的搜尋幾率。

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幾十年來，科學(xué)家一直在尋找暗物質(zhì)，一種不與光相互作用但滲透到我們整個宇宙的隱形物質(zhì)。在2014年的一項研究中，來自一個附近星系的信號給科學(xué)家們帶來了希望，這就是人們長期尋找的暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

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目前的一些模型預(yù)測暗物質(zhì)粒子會慢慢衰變?yōu)槠胀ㄎ镔|(zhì)，這一過程會產(chǎn)生X射線望遠(yuǎn)鏡能夠探測到的微弱光子輻射。2014年，科學(xué)家們在暗物質(zhì)搜尋過程中發(fā)現(xiàn)了一個星系發(fā)出的X射線輻射，而眾所周知的是，暗物質(zhì)聚集在星系周圍。

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密歇根大學(xué)的研究合著者克里斯·德塞爾告訴Space.com網(wǎng)站，研究人員認(rèn)為這種被稱為“3.5 keV線”（keV代表千電子伏特）的輻射很可能是由惰性中微子構(gòu)成的，而這些中微子一直被認(rèn)為是暗物質(zhì)的候選者之一。

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惰性中微子是一種假想粒子，是中微子的近親，而中微子是一種質(zhì)量非常接近于零的中性亞原子粒子。它們在核反應(yīng)中釋放，就像在地球和太陽上的核電站中一樣。因為中微子中極小的質(zhì)量不能用粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型來解釋，一些人認(rèn)為惰性中微子可以組成這個被稱為暗物質(zhì)的神秘聚合體。

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但在這項對銀河系天體的新研究中，研究人員分析了過去20年來來自XMM牛頓空間X射線望遠(yuǎn)鏡的大量原始數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在2014年研究中看到的這個信號并非來自暗物質(zhì)。事實上，當(dāng)他們用新技術(shù)尋找暗物質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)根本沒有看到信號。但是，研究人員說，這并不排除惰性中微子是暗物質(zhì)的有力候選者。

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為了得出這個結(jié)論，研究人員尋找了天空中的3.5 keV線。由于我們生活在銀河系的暗物質(zhì)暈中，任何通過該暈進(jìn)行的觀測都必然包含暗物質(zhì)。因此，當(dāng)研究小組在數(shù)據(jù)中沒有發(fā)現(xiàn)3.5 keV線的蹤跡時，他們確定” 3.5 keV線不是由暗物質(zhì)引起的，”德塞爾說。

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現(xiàn)在，雖然3.5 keV的信號很可能是由惰性中微子引起的，但這似乎排除了這種假想粒子是暗物質(zhì)的可能。但不同質(zhì)量的惰性中微子仍有可能解釋這種難以捉摸的物質(zhì)，因為它們會發(fā)出不相的信號。

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“即使你發(fā)現(xiàn)這一證據(jù)有足夠的說服力，可以說明3.5keV線不一定存在或不一定是暗物質(zhì)，也不能排除惰性中微子作為暗物質(zhì)的候選者?！?麻省理工學(xué)院物理學(xué)助教克斯汀·佩雷斯沒有參與這項研究，他告訴Space.com ，“仍然有很多不同質(zhì)量的惰性中微子存在，它仍然可能構(gòu)成宇宙中全部或部分暗物質(zhì)?！?/span>

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新的暗物質(zhì)搜尋技術(shù)

盡管德塞爾承認(rèn)研究人員沒有觀察到3.5 keV的電流線是相當(dāng)令人失望的，但他們開發(fā)的技術(shù)可以進(jìn)一步探尋這種難以捉摸的物質(zhì)。

“不幸的是，這項研究確實給暗物質(zhì)微觀性質(zhì)的最初證據(jù)潑了冷水，但它確實為尋找暗物質(zhì)開辟了一條全新的途徑，這可能在不久的將來會導(dǎo)致一項發(fā)現(xiàn)，”密歇根大學(xué)物理學(xué)助教本·薩夫迪在一份聲明中說。

“過去人們會說，‘讓我們看看天空中有大量暗物質(zhì)的部分，看看我們能否在那里看到暗物質(zhì)，’”佩雷斯說。但是現(xiàn)在有了這個團(tuán)隊的技術(shù)，他們利用我們在宇宙中的位置來進(jìn)行他們的觀測，因為“如果這個信號真的是暗物質(zhì)，它應(yīng)該以某種不同的強(qiáng)度遍布天空，因為我們生活在暗物質(zhì)的光環(huán)中?！?

“我認(rèn)為這種搜索方式真是令人興奮，因為整個天空都可供你使用?！迸謇姿寡a(bǔ)充說“以前我們拍的是天空的快照，然后分開來看。”

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通過觀察銀河系的暗暈來尋找這個信號有助于研究小組確定這個信號不是來自暗物質(zhì)，但它確實有額外的好處?！巴高^銀河系的暗物質(zhì)光暈，你不會失去任何敏感信息。”德塞爾說。

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“以前的技術(shù)基本上是你把x射線望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)一個星系團(tuán)，或僅僅是一個有暗物質(zhì)暈的星系，然后你尋找暗物質(zhì)衰減信號，它會以直線的形式出現(xiàn)。”德塞爾補(bǔ)充說，通過他們觀察銀河系暗物質(zhì)暈的技術(shù)，他們能夠得到更好的搜索結(jié)果。

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“我們星系周圍的暗物質(zhì)暈離我們更近，這意味著我們銀河系中的暗物質(zhì)衰變產(chǎn)生的光子比我們在遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)中看到的光子要多得多。并且，我們開發(fā)的這項技術(shù)可以用于其他搜索，比如，這條3.5keV的線路。”

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作者: Chelsea Gohd

FY: Nepula

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