十年前费米伽马射线太空望远镜探测到银河系中心存在过量的高能辐射，这让一些物理学家相信，这是看到了暗物质粒子湮灭的证据，但由加州大学尔湾分校科学家领导的一个研究团队现在排除了这种解释。在最新发表在《物理评论D》期刊上的一篇研究论文中，加州大学尔湾分校的科学家以及弗吉尼亚理工学院、州立大学和其他机构的研究报告称：
通过对费米伽马射线太空望远镜数据的分析，以及一系列详尽的建模模拟，研究人员能够确定，观测到的伽马射线，不可能是由所谓弱相互作用大质量粒子产生的，这种粒子通常被认为是暗物质的物质。这些湮灭的粒子可以产生高达300千兆瓦电子伏特的能量，对暗物质的性质施加了迄今为止最强限制。在大约40年的时间里，粒子物理学中暗物质的主要候选者是一种热的、弱相互作用和弱尺度的粒子。
加州大学尔湾分校物理和天文学教授、合著者凯沃克·阿巴扎健(Kevork Abazaian)说：这一结果首次排除了这种候选者，直到大质量粒子的可能性。该研究的合著者、物理与天文学教授马诺伊·卡普林哈特(Manoj Kaplinghat)：在许多模型中，这种粒子的质量从质子的10倍到1000倍不等，从理论上讲，质量越大的粒子作为暗物质粒子的吸引力就越小，新研究排除了超过有利范围的候选暗物质。
这是物理学界对这些物质代表暗物质可能性施加限制的一个巨大改进。暗物质信号可能会被银河系中心的其他天体物理现象排挤出去，比如恒星形成、宇宙射线偏离分子气体，以及最引人注目的中子星和毫秒脉冲星，作为费米太空望远镜探测到过剩伽马射线的来源。研究了银河中心正在进行的所有不同建模，包括分子气体、恒星发射和散射低能光子的高能电子。
排除费米观测可能
研究人员花了三年多时间将所有这些新的、更好的模型组合在一起，并检查了释放情况，发现暗物质的可能性所剩无几。如果没有费米大面积望远镜合作提供的数据和软件，这一结果是不可能的。该小组测试了银河系中心区域用于过量排放分析的所有类别模型，其结论保持不变。人们必须制作一个扩散排放模型，在其中留下一个很大的‘洞’来放松限制，而科学并不是这样工作的。
物理学家预测，暗物质湮灭产生的辐射，将表现为从银河系中心发出整齐的球形或椭圆形，但费米太空望远镜在2008年6月部署后探测到的伽马射线过剩显示为三轴棒状结构。如果你仔细观察银河中心，会发现恒星呈方形分布。有一个星盘，就在正中，天空上有一个大约10度的凸起，它实际上是一个非常特殊的形状，而且有点不对称，这个形状几乎没有给额外的暗物质留下什么空间。这项研究是否排除了银河系中存在暗物质的可能性？
不是的，研究限制了暗物质可能是哪种粒子，银河系中暗物质的多种证据都很有可能。远没有认为研究小组的发现令人沮丧，而是应该鼓励物理学家专注于最受欢迎概念以外的概念。还有有很多替代暗物质候选者，搜索将更像是一次捕鱼探险，我们还不知道鱼在哪里，更不知道鱼长什么样。
博科园｜研究/来自：加州大学尔湾分校
参考期刊《物理评论D》
DOI: 10.1103/PhysRevD.102.043012
