科学家们可能已经发现了隐藏在银河系中心的暗物质的第一条真正线索

科学家们可能已经发现了隐藏在银河系中心的暗物质的第一条真正线索

（蜘蛛网eeook.com）据今日科学新闻：几十年来，天文学家一直凝视着我们银河系的中心，看到了他们无法解释的东西——微弱的、发光的伽马射线雾霾。它从银河系中心稳定地发光，人眼看不见，但通过强大的望远镜可以明确无误地发出。多年来，这种奇怪的光芒一直困扰着科学家们，点燃了现代物理学中最深刻的谜团之一：这种光芒是暗物质期待已久的标志，还是更普通的东西，由垂死恒星的剧烈旋转而诞生？

现在，约翰霍普金斯大学的一组研究人员和国际合作者在解开这个谜团方面迈出了重要一步。在发表在《物理评论快报》上的一项研究中，他们发现两种主要解释——暗物质理论和中子星理论——仍然同样合理。然而，新发现可能使宇宙尺度稍微接近人类历史上最诱人的发现之一：暗物质的第一个真正证据。

暗物质是科学最大的谜团之一。它既不发射也不反射光，但它似乎占了宇宙质量的大部分——一个将星系联系在一起的无形框架。如果没有暗物质，像我们这样的星系就会在自己的自转下飞散。物理学家估计，宇宙中超过 80% 的物质是黑暗的、看不见的、未被发现的。

“暗物质主宰着宇宙，将星系团团联系在一起，”该研究的合著者、约翰霍普金斯大学物理和天文学教授约瑟夫·西尔克说。“这是极其重要的，我们一直在拼命思考如何检测它的想法。伽马射线，特别是我们在银河系中心观察到的多余光，可能是我们的第一个线索。

这种过量的伽马辐射是十多年前由美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜发现的，它表现为一种漫射的微弱光芒，无法用已知的宇宙来源完全解释。就好像银河系核心深处的某个东西正在散发出安静、持续的能量嗡嗡声。

为了理解这种神秘的光芒，西尔克和他的国际团队采取了一种大胆的新方法。他们使用先进的超级计算机模拟了银河系本身的形成——不仅像今天一样，而且像它经过数十亿年的演变。

他们发现，银河系并不总是我们现在看到的稳定螺旋。在它年轻的时候，它是一个混乱的、碰撞的较小星系、尘埃和气体的混合物，逐渐合并形成我们今天居住的巨大系统。在那些早期的宇宙合并期间，大量的暗物质可能涌向银河系中心，在那里它们变得密集。

如果暗物质粒子可以相互碰撞，正如一些理论所暗示的那样，那么这些古老的碰撞可能会产生伽马射线——正是费米望远镜看到的那种。

这项新研究的开创性在于该团队如何首次将银河系的历史纳入他们的模型中。当他们模拟银河系早期的暗物质聚集和碰撞率时，由此产生的伽马射线发射图以惊人的准确性与真实观测结果相匹配。

换句话说，当他们解释星系的实际增长方式时，数据开始变得有意义。模拟伽马射线辉光源于假设的暗物质碰撞，几乎与望远镜已经记录到的情况完美一致。

这些结果完善了研究人员所说的“三合会证据”——越来越多的线索表明，神秘的光确实可能是来自宇宙黑暗面的低语。但即使这样也不是证据。科学需要的不仅仅是美丽的巧合。

伽马射线辉光还有另一种解释——长期以来一直是暗物质最顽固的竞争对手。它以一类奇怪的恒星残余物为中心，称为毫秒脉冲星。

当大质量恒星死亡时，有些恒星会坍缩成中子星——致密的、城市大小的物质球体，以令人难以置信的速度旋转。有些每秒旋转数百次，有节奏地释放伽马射线束。这些毫秒脉冲星可以模仿我们在银河系中心看到的那种辉光。

如果该地区存在足够多的它们，它们的集体光芒很容易解释神秘的雾霾。然而，有一个问题：天文学家还没有观测到足够多的毫秒脉冲星来解释信号的亮度。为了使这些数字发挥作用，脉冲星的数量必须比我们目前所知的多数千颗，它们隐藏在我们望远镜够不到的地方。

这一差距为暗物质理论敞开了大门。

幸运的是，帮助即将到来。新一代仪器有望提供天文学家一直渴望的清晰度。即将建成的切伦科夫望远镜阵列——一座正在建设中的巨大伽马射线天文台——将能够以前所未有的精度探测高能信号。

凭借其更清晰的分辨率，科学家们最终将能够测试银河系的伽马射线是旋转中子星的高能指纹还是暗物质碰撞的低能特征。

“在我看来，一个干净的信号将是一个冒烟的枪，”西尔克说。这样的发现不仅将解决银河系发光数十年的谜题，而且标志着暗物质真实存在的第一个直接证据。

在这些数据到达之前，约翰霍普金斯大学的团队不会停滞不前。他们的下一步是绘制暗物质在围绕银河系运行的更小、更微弱的矮星系中应该存在的位置。这些星系富含暗物质，并且相对没有其他辐射源，使其成为理想的天然实验室。

如果那里出现类似的伽马射线图案，暗物质的解释就会变得更加强烈。但如果没有找到匹配的光，谜团就会进一步加深。

“我们可能会看到新数据并证实一种理论而不是另一种理论，”西尔克说。“或者也许我们什么也找不到，在这种情况下，这将是一个更大的谜团需要解开。”

这种谦逊体现了科学的精神——尤其是在拓展人类知识极限的领域。宇宙经常用线索来取笑我们，这些线索足够清晰，足以点燃希望，但又足够模糊，需要耐心。

寻找暗物质不仅仅是对看不见粒子的探索，更是了解宇宙由什么组成的旅程。我们能看到的一切，从遥远星系的光芒到我们体内的原子，只占现存所有事物的不到 5%。其余的——暗物质和暗能量——是看不见的，但它在各个尺度上塑造了宇宙。

如果银河系中心的伽马射线真的是暗物质碰撞的灯塔，那将是现代科学中最重要的发现之一。它将证实我们的银河系——以及每个星系——都建立在我们既无法触摸也无法看到的巨大、隐藏的物质基础上，但所有创造物都依赖于它。

银河系的心脏继续发光，沉默而稳定，难以轻易解释。它提醒我们，宇宙还远未完全为人所知，即使在我们的宇宙后院，巨大的奥秘仍然在黑暗中跳动。

无论这种光来自垂死的恒星还是来自暗物质的无形之手，一个事实仍然存在：人类仍在学习如何观看。每台望远镜、每一次模拟、每一个数据片段都让我们更接近理解将恒星结合在一起的宏伟设计。

在这种追求中，夜空不再是空旷的，它变成了一个巨大的奇迹实验室。在银河系中心微弱而持久的光芒中，我们可能只是在目睹宇宙低声诉说着它最深刻的秘密：黑暗本身就充满了意义。

更多信息：费米-LAT 星系中心银河系模拟中暗物质的过度形态，物理评论快报 （2025）。[接受]。

arXiv 上的预印本：Moorits Mihkel Muru 等人，费米-LAT 星系中心银河系模拟中暗物质的过度形态，arXiv （2025）。DOI：10.48550/arxiv.2508.06314