這可能是我們首次“看到”暗物質

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原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/after-a-century-of-searching-we-may-have-finally-seen-dark-matter

編譯：齊岳

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責任編輯：王啟儒

文末天文濕刻有重大國際航天新聞，不要劃走哦！

基于千度巡天（Kilo-Degree Survey）引力透鏡分析得出的一小片天空的暗物質分布圖。

Credit：Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

在北約克郡的鹽礦中，有著一處深埋于地下的暗物質實驗室，科學家們在此等待一種極為罕見的碰撞事件：暗物質粒子與普通物質粒子的相互作用。然而在地面之上，東京大學的戶谷友則教授卻選擇著眼于外太空，這或許使他發現了地底的探測器未能發現的事情——由光線揭示出的暗物質蹤跡。

暗物質不與電磁力相互作用，這一直是有關其研究的基本挑戰。暗物質不吸收光，不反射光，也不發射光；我們看不見暗物質并非因為它隱藏了自己，而是光子會直直穿過它。我們得知暗物質存在的唯一證據是它造成的引力效應，例如星系如果按我們觀測到的速度旋轉，由于能看到的物質無法提供足夠的引力，它會把自己轉散架，所以一定有額外的（看不見的）質量來產生額外的引力。

很多研究者認為構成暗物質的粒子是所謂的大質量弱相互作用粒子（Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs），也許比質子還要重500倍。理論預測指出，當兩個WIMPs撞在一起，它們會彼此湮滅（也就是轉化為純能量）并釋放特定能量的伽馬射線。

藝術家想象的費米伽瑪射線太空望遠鏡。

Credit：NASA

戶谷和他的團隊在費米望遠鏡的觀測數據中發現了這種湮滅信號：一個由200億電子伏特能量的伽馬射線組成的暈狀結構，正在向銀心擴散。其形狀與理論預測的暗物質分布相吻合，能量譜與WIMP湮滅模型相吻合，且碰撞頻率的下降處于預期范圍內。最重要的是，常見的天文現象無法輕易解釋這些伽馬射線。其他已知輻射源在這樣的分布模式中不會產生這種能量特征。

除了與暗物質發生作用，伽馬射線還能在其他情形下產生。在這張藝術家概念圖中，一顆大質量恒星發生爆炸，射出一束高能粒子。當粒子束正對著地球，我們就能觀測到伽馬射線暴的現象。

Credit：NASA/Swift/Cruz deWilde

“如果這一發現屬實，據我所知，這將是人類首次‘看見’暗物質，也能說明暗物質是由一種未被涵蓋在當今粒子物理學標準模型中的粒子構成的。”戶谷評價道。

如果這的確是暗物質的證據，那么標準模型——它描述了宇宙中所有基本粒子及其除引力外的相互作用——就該換個版本了。我們需要加入一種全新的粒子，它很可能是全宇宙最豐富的物質。

然而在那一天到來之前，獨立研究者們必須驗證戶谷的分析以堅實地加強他的觀點。例如，銀河系銀暈內的矮星系中如果能發現相同的伽馬射線特征，就可以支持對暗物質的這種理解。這些較小的系統同樣包含聚集的暗物質，但處于的天體物理背景不盡相同，使得它們成為理想的核驗目標。

與此同時，在鹽礦和世界各地的實驗室中，無數探測器仍將繼續守候，等待暗物質通過與普通物質的微小相互作用暴露它的存在。不過也許答案一直就在天空中，藏在伽馬射線里，只待足夠靈敏的儀器來讀取這些深空的訊息。

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

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