NASA費米望遠鏡擴大對暗物質(zhì)的搜索

 

據(jù)國外媒體報道，暗物質(zhì)是一種組成宇宙中絕大部分物質(zhì)的神秘物質(zhì)，一直令人難以琢磨。盡管在地面與太空中進行的試驗都尚未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蹤跡，但研究結(jié)果幫助科學家們排除了一些理論可能性。今年初發(fā)布的三份研究報告，使用了六年多來費米伽馬射線太空望遠鏡所收集的數(shù)據(jù)，利用新型方法擴大了對暗物質(zhì)的追蹤。費米項目科學家Julie McEnery表示，一直以來，我們都是使用普通的方法在普通的地方尋找，如今我們打算開始利用一些創(chuàng)新的方法。

暗物質(zhì)既不會發(fā)射也不會吸收光線，主要是通過引力作用與宇宙的剩余部分相互作用，但卻占據(jù)了宇宙中所有物質(zhì)的80%。天文學家能通過星系的自轉(zhuǎn)、光線通過星系團時發(fā)生的扭曲以及對早期宇宙的模擬發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)所產(chǎn)生的作用。最有可能的是一系列不同種類的假想暗物質(zhì)粒子。先前，費米探測到在銀河系中央與其他圍繞銀河系運轉(zhuǎn)的矮星系中與暗物質(zhì)有明顯關聯(lián)的伽瑪射線信號。

盡管沒有確切的發(fā)現(xiàn)，但研究結(jié)果依然排除了一定范圍內(nèi)的質(zhì)量與相互作用比率的可能性，進一步縮小了暗物質(zhì)粒子可能具有某些特性的可能性。在這些新研究中，最特別的是探索暗物質(zhì)由軸子或其他具有相似特性的顆粒組成的可能性。軸子類的顆粒能夠轉(zhuǎn)化為伽瑪射線，而當它們與強磁場相互作用時，又會轉(zhuǎn)回原先的樣子，在這些轉(zhuǎn)化過程會留下一些特性蹤跡。斯德哥爾摩大學的Manuel Meyer帶領團隊研究NGC 1275星系中的伽瑪射線，它位于英仙座星系團中央，距離地球大約2.4億光年。

NGC 1275發(fā)射的高能量射線被認為與其中央的超大質(zhì)量黑洞有關系。像其他星系團一樣，英仙座星系團充滿了與磁場交織的熾熱氣體，有利于伽瑪射線和軸子類顆粒的相互轉(zhuǎn)化。Meyer的團隊收集了費米廣域空間望遠鏡（LAT）的數(shù)據(jù)，搜尋扭曲的伽瑪射線信號。研究結(jié)果排除了可能包含了4%暗物質(zhì)的軸子類顆粒。Meyer表示，雖然我們還不知道暗物質(zhì)是什么，但我們的研究結(jié)果表明我們可以詳細研究軸子類粒子模型，最大限度縮小可能的質(zhì)量范圍。另一種可能是暗物質(zhì)的顆粒名為弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMPs），在某些情況下，相互碰撞的WIMPs粒子既不會相互摧毀，也不會產(chǎn)生快速衰減的中介顆粒。

這兩種情況均使得伽瑪射線能夠被LAT探測到。加州大學的Regina Caputo在小麥哲倫云（SMC）中搜尋這些信號。小麥哲倫云距離地球大約20萬光年，是圍繞銀河系運轉(zhuǎn)的第二大衛(wèi)星星系。在SMC中搜尋暗物質(zhì)的有利因素在于它距離我們相對比較近，而且它的伽瑪射線都是由恒星誕生和脈沖星這類傳統(tǒng)因素產(chǎn)生的，科學家們對此比較了解。

更重要的是，天文學家們能精確測算出SMC的自轉(zhuǎn)曲線，這能體現(xiàn)出它的自轉(zhuǎn)速度是如何隨著其中心距離而變換的，從而能表現(xiàn)出存在著多少暗物質(zhì)。由克萊姆森大學的Marco Ajello及SLAC國家加速器實驗室的Mattia Di Mauro所帶領的第三項研究則是從不同的角度進行研究。他們并不是對特定的某個目標進行研究，而是研究了超過6年半的LAT數(shù)據(jù)，分析整個天空中的伽瑪射線背景。

 

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NASA費米望遠鏡擴大對暗物質(zhì)的搜索

圖文簡介

先前，費米探測到在銀河系中央與其他圍繞銀河系運轉(zhuǎn)的矮星系中與暗物質(zhì)有明顯關聯(lián)的伽瑪射線信號。盡管沒有確切的發(fā)現(xiàn)，但研究結(jié)果依然排除了一定范圍內(nèi)的質(zhì)量與相互作用比率的可能性，進一步縮小了暗物質(zhì)粒子可能具有某些特性的可能性。