银河系中心射线为什么超标？可能是这种梦寐以求的物质在作怪

最近，专门研究高能光谱中天体物理信号的空间飞行任务揭示了一系列理论模型无法预测的神秘过度现象。为了找到对这些异常现象的解释，人们提出了许多解决办法。 最令人激动的假说引用了难以捉摸的暗物质，这种神秘的物质形式比普通物质丰富4倍，我们至今只探测到它的引力效应。

INFN都灵分部研究员Mattia di Mauro最近进行的两项理论研究，其中一项发表在《物理评论》上，证实了这一解释与测得的过量物质是相容的，进一步证明了它不会被理论和观测数据之间的潜在差异所推翻。

所获得的结果是基于一项创新和精细的分析，将美国宇航局费米号上的主要仪器--费米大面积望远镜（LAT）在过去11年中获得的数据与轨道上的帕梅拉探测器和国际空间站上的阿尔法磁谱仪实验（AMS-02）记录的其他天文异常的测量数据进行比较。帕梅拉和阿尔法磁谱仪是由国际合作管理的，法国国家天文台在其中发挥了决定性作用。

从2009年开始，费米测量显示来自银河系中心的能量等于或大于1 GeV（2000倍电子质量）的光子过剩，天体物理学界试图用几种方法解释这些观测结果，包括银河系中心附近可能存在数千颗弱脉冲星，以及暗物质提供的潜在伽马射线贡献。这些分析具有很大的不确定性，因为它们参考的是所谓天体物理伽马射线背景的模型，这些模型是由宇宙射线或已知源产生的，虽然能够包含一定的变异性，但却有很大的误差。

为了更精确地描述伽马射线过剩的特性，并评估它是否真的与暗物质兼容，新的研究依靠LAT去年收集的最广泛的一组数据，并使用了一种分析技术，通过采用多种模型，将天体物理背景的不确定性降到最低。

所使用的分析方法已经提供了关于过剩伽马辐射空间分布非常相关的信息，这可以解释是什么产生了银河系中心的过剩高能光子。例如，如果过剩的伽马射线是由宇宙射线和原子之间的相互作用引起的，我们就会观察到它在低能量处的空间分布较大，而在高能量处由于宇宙粒子的传播而扩散较少。

而最新的研究则强调了过量的空间分布如何不随能量的变化而变化。这方面以前从未观察到，可以用暗物质存在来解释。因为研究人员认为组成暗物质光环的粒子应该具有相似的能量。分析清楚地表明，过量的伽马射线集中在银河系中心，如果暗物质实际上是一种新的粒子，那么这正是我们期望在银河系中心发现的。

第二项研究将发表在同一期刊上，利用一个更大的模型的预测来检验暗物质假说的有效性，该模型描述了宇宙中这种难以捉摸的成分的可能粒子相互作用。一个理论模型证明了暗物质粒子的存在如何没有被天体物理背景中记录的其他异常现象所否定。这些包括帕梅拉和AMS-02测量到的过量正电子，如果归因于暗物质的过剩，以及没有检测到来自靠近我们的矮星系的高能光子，它们的恒星运动意味着高浓度暗物质的存在。

从这第二项研究中开发的物理模型出发，在考虑了暗物质粒子相互作用和湮灭的不同结果，即在产生高能光子之前的备选方案之后，研究人员验证了这些可能性中哪一种最符合银河系中心过剩的伽马射线，同时还考虑了正电子的过剩和未从矮星系中探测到伽马射线。这种比较使得能够推导出暗物质的准确属性，这些属性与星系中心过剩和其他粒子数据发现的上限相一致。