十年前費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡探測到銀河系中心存在過量的高能輻射，這讓一些物理學(xué)家相信，這是看到了暗物質(zhì)粒子湮滅的證據(jù)，但由加州大學(xué)爾灣分校科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團(tuán)隊現(xiàn)在排除了這種解釋。

在最新發(fā)表在《物理評論D》期刊上的一篇研究論文中，加州大學(xué)爾灣分校的科學(xué)家以及弗吉尼亞理工學(xué)院、州立大學(xué)和其他機構(gòu)的研究報告稱：

通過對費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的分析，以及一系列詳盡的建模模擬，研究人員能夠確定，觀測到的伽馬射線，不可能是由所謂弱相互作用大質(zhì)量粒子產(chǎn)生的，這種粒子通常被認(rèn)為是暗物質(zhì)的物質(zhì)。這些湮滅的粒子可以產(chǎn)生高達(dá)300千兆瓦電子伏特的能量，對暗物質(zhì)的性質(zhì)施加了迄今為止最強限制。在大約40年的時間里，粒子物理學(xué)中暗物質(zhì)的主要候選者是一種熱的、弱相互作用和弱尺度的粒子。

加州大學(xué)爾灣分校物理和天文學(xué)教授、合著者凱沃克·阿巴扎健(Kevork Abazaian)說：這一結(jié)果首次排除了這種候選者，直到大質(zhì)量粒子的可能性。該研究的合著者、物理與天文學(xué)教授馬諾伊·卡普林哈特(Manoj Kaplinghat)：在許多模型中，這種粒子的質(zhì)量從質(zhì)子的10倍到1000倍不等，從理論上講，質(zhì)量越大的粒子作為暗物質(zhì)粒子的吸引力就越小，新研究排除了超過有利范圍的候選暗物質(zhì)。

這是物理學(xué)界對這些物質(zhì)代表暗物質(zhì)可能性施加限制的一個巨大改進(jìn)。暗物質(zhì)信號可能會被銀河系中心的其他天體物理現(xiàn)象排擠出去，比如恒星形成、宇宙射線偏離分子氣體，以及最引人注目的中子星和毫秒脈沖星，作為費米太空望遠(yuǎn)鏡探測到過剩伽馬射線的來源。研究了銀河中心正在進(jìn)行的所有不同建模，包括分子氣體、恒星發(fā)射和散射低能光子的高能電子。

排除費米觀測可能

研究人員花了三年多時間將所有這些新的、更好的模型組合在一起，并檢查了釋放情況，發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的可能性所剩無幾。如果沒有費米大面積望遠(yuǎn)鏡合作提供的數(shù)據(jù)和軟件，這一結(jié)果是不可能的。該小組測試了銀河系中心區(qū)域用于過量排放分析的所有類別模型，其結(jié)論保持不變。人們必須制作一個擴散排放模型，在其中留下一個很大的‘洞’來放松限制，而科學(xué)并不是這樣工作的。

物理學(xué)家預(yù)測，暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)生的輻射，將表現(xiàn)為從銀河系中心發(fā)出整齊的球形或橢圓形，但費米太空望遠(yuǎn)鏡在2008年6月部署后探測到的伽馬射線過剩顯示為三軸棒狀結(jié)構(gòu)。如果你仔細(xì)觀察銀河中心，會發(fā)現(xiàn)恒星呈方形分布。有一個星盤，就在正中，天空上有一個大約10度的凸起，它實際上是一個非常特殊的形狀，而且有點不對稱，這個形狀幾乎沒有給額外的暗物質(zhì)留下什么空間。這項研究是否排除了銀河系中存在暗物質(zhì)的可能性？

不是的，研究限制了暗物質(zhì)可能是哪種粒子，銀河系中暗物質(zhì)的多種證據(jù)都很有可能。遠(yuǎn)沒有認(rèn)為研究小組的發(fā)現(xiàn)令人沮喪，而是應(yīng)該鼓勵物理學(xué)家專注于最受歡迎概念以外的概念。還有有很多替代暗物質(zhì)候選者，搜索將更像是一次捕魚探險，我們還不知道魚在哪里，更不知道魚長什么樣。

博科園｜研究/來自：加州大學(xué)爾灣分校

參考期刊《物理評論D》

DOI: 10.1103/PhysRevD.102.043012

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