我們可能已經發現太陽附近的暗物質

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翻譯：張瀚之

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

后臺：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-02-pulsar-hints-nearby-dark-halo.html

文章摘要

一組美國天文學家在物理評論快報上公布他們可能已經檢測到了暗物質子暈。這組天文學家來自阿拉巴馬大學亨茨維爾分校。他們發現了一團看不見的暗物質可能正在對附近的脈沖星施加微弱的引力牽引。如果這一結果得到證實，我們將獲得暗物質在銀河系中的分布方式的新的線索！

暗物質暈的分布。圖片來源：Chakrabarti et al.

? 暗物質的結構

盡管暗物質從來沒有被直接觀測到，但是天文學家們估計暗物質約占宇宙總質量的 85%。目前最可靠的宇宙學模型預測這種不可見的物質會形成巨大而彌散的暈，然后這個暈會完全包裹，比如銀河系，這樣的盤狀星系。這些暗物質暈內部理論上還應當分布著大量被稱為暗物質子暈的稍微小一點的結構。如果理論預測是正確的，那么這類子暈應當在整個銀河系中大量存在。即使它們的質量高達太陽質量的數千萬倍，它們對可見物質產生的引力影響十分有限。所以，迄今我們都很難探測到它們。

?脈沖星成為宇宙計時器

為了能尋找這些難以捉摸的結構，Chakrabarti的團隊將目光投向了脈沖星。脈沖星是一類高磁化、快速自轉的中子星。脈沖星的磁極會發射出強烈的電磁輻射束。由于脈沖星的磁軸通常與自轉軸不對齊，這些輻射束會在天空中掃出圓形軌跡。如果輻射束周期性地掃過地球的視線方向，脈沖星就會表現出極其穩定的“脈沖”信號，使其成為宇宙中最精確的天然時鐘之一。

如果脈沖星向或者遠離地球加速運動，脈沖波到達地球的時間就會發生微小變化。通過捕捉這種細小的差距，天文學家可以以極高的精度測量它的加速度。在這項研究中，研究團隊分析了一對罕見的脈沖星雙星系統的計時數據，同時還研究了附近的孤立脈沖星。他們發現在不存在任何外部影響的情況下，這個雙星系統的計時結果應當顯示出一個僅由兩顆恒星相互引力控制的穩定橢圓軌道。

? 證據表明存在一個未被觀測到的大質量天體

然而，有跡象表明這些脈沖星的運動正受到額外質量源的擾動。這種力量似乎在輕微地將脈沖星拉離預期軌道。隨后，研究團隊利用 原子氫和分子氫分布數據，對這片宇宙中可能解釋這一異常的恒星、氣體云或其他普通物質進行了全面搜索，但發現一個合理的解釋理由。

根據軌道偏移的幅度，必須有一個質量約為數千萬個太陽質量的不可見天體在起作用。這樣的天體與暗物質子暈的理論預期高度吻合，并且它距離太陽僅有幾千光年（在銀河尺度上算是相當近的距離）。

?我們怎么確定這就是暗物質？

不過這個信號是否真的是暗物質子暈，仍然存在相當大的不確定性。脈沖星雙星系統本身就十分罕見，在我們把搜索推廣到更大范圍之前，可能還需要來自其他獨立觀測證據的支持。

即便如此，研究團隊仍希望他們的結果能夠成為繪制銀河系暗物質子結構分布圖的重要第一證據，并且能最終幫助我們理解，為什么在宇宙中占據主導地位的暗物質，會如此令人沮喪地難以被直接捕捉。

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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模擬宇宙中的暗物質。圖片來源：Tom Abel & Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

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