失蹤的伽馬射線是暗物質？宇宙磁場提供了新線索

當天體物理學家觀察來自銀河系外星系的伽馬射線時，通常看到的只是一個小點，因為這個星系非常遙遠。因此當一個星系以一個擴展的團塊形式出現時，一定會發生一些不同尋常的事情，幫助研究人員更好地理解深空性質。現在包括能源部SLAC國家加速器實驗室的研究人員在內的科學家們，利用美國宇航局費米伽馬射線太空望遠鏡上的大型區域望遠鏡(LAT)收集的8年的數據，編製了此類斑點的最詳細目錄。這些星雲，包括19個以前不知道會擴展的伽馬射線源，提供了關於恆星如何誕生、如何死亡以及星系如何向太空噴射物質的重要信息。

博科園-科學科普：然而有趣的是，正是在那些沒有發現氣泡的宇宙區域，發現了宇宙中兩種特別神秘的成分：暗物質（一種比普通物質多六倍的不可見的物質形式）以及瀰漫在星系之間空間中的磁場，而暗物質起源目前是未知的。美國航空航天局科學家雷吉娜·卡普托（也是最近由國際費米-萊特合作組織進行的研究的領導者之一）說：這些數據非常令人興奮，因為它們使我們能夠研究宇宙中一些最基本的過程，它們可能會引導我們發現全新的物理，該研究發表在《天體物理學雜誌》上。

研究人員尋找其中一件事是與圍繞銀河系旋轉的伴星星系相關的伽馬射線團。由於這些衛星系中最微弱的部分包含恆星非常少，它們被認為是由暗物質聚集在一起。科學家們相信暗物質可能是由一種叫做弱相互作用大質量粒子的粒子組成，這種粒子在相互碰撞和摧毀時，會釋放出伽馬射線。一個來自超精細衛星星系的伽瑪射線團信號可能是wimp存在的強烈暗示。對星系形成的模擬預測，衛星星系的數量應該比我們在光學觀測中能夠探測到的要多。

由美國宇航局費米號宇宙飛船上的大口徑望遠鏡拍攝的數據中發現的擴展伽瑪射線源(圓圈區域)。圖片：Matthew Wood/Fermi-LAT collaboration

它們中的一些可能非常微弱，只有當它們由於暗物質湮滅而產生伽馬射線時，才能看到它們。在這項新的研究中，費米-拉特研究人員尋找與那些預測的衛星星系相關的伽瑪射線團。但即便是他們空手而歸的事實也是一個重要的結果：在未來的研究中，這將允許他們確定銀河系衛星系中暗物質的分布以及WIMPs產生伽馬射線的可能性，它也為星系演化模型提供了新的輸入。

研究人員還利用數據獲得了更多關於星系間磁場強度的信息，希望這將成為確定磁場起源的一個重要謎題。在這部分的研究中，研究小組觀察了燃燒著的星系——這些活躍的星系將高速噴射的等離子體噴向太空。費米航天器可以探測到與指向地球方向的射流有關的伽馬射線。該研究的另一位主要作者、Kavli粒子天體物理和宇宙學研究所的洪堡研究員曼紐爾·邁耶(Manuel Meyer)說：看起來像點狀源，但一種涉及星系間磁場的機制可能會使它們看起來像擴展源。

小麥哲倫星雲(SMC)是環繞銀河系運行的第二大衛星星系，這幅圖像將SMC的照片與暗物質模型的一半疊加在一起，較淺的顏色表示密度更大，並顯示暗物質向SMC中心高度集中。圖片：Regina Caputo/NASA; Axel Mellinger/Central Michigan University

研究人員沒有發現任何與火焰相關的斑點，再一次，這次的缺席是有價值的信息：讓研究小組計算出磁場的強度至少是地球磁場強度的十億分之一。星系間的磁場比研究人員預期要強大，這一新的信息可能幫助他們發現，它是來自最近流入太空的物質，還是早期宇宙歷史進程中產生。宇宙磁力也可能與暗物質有關，在WIMP模型的另一種替代方法中，暗物質被認為是由一種叫做軸子的較輕粒子構成，這種粒子可以在磁場存在的情況下從伽瑪射線中出現(並重新轉化為粒子)。要做到這一點，磁場強度需要更接近它的上限。在暗物質研究中考慮到這種機制是非常有趣。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻：《天體物理學》

研究/來自：SLAC國家加速器實驗室

DOI: 10.3847/1538-4365/aacdf7

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