科学家们可能刚刚发现了暗物质正在银河系中心自我毁灭的证据
模拟银河系。图片来源：AIP/ A. Khalatyan
（蜘蛛网eeook.com）据今日科学新闻：几十年来，天文学家一直被一种看不见的存在所困扰——一种看不见的物质，它将星系结合在一起，弯曲来自遥远恒星的光线，并塑造宇宙的结构。这种看不见的物质被称为暗物质，约占宇宙中所有物质的 85%，但它从未被直接探测到。我们无法在任何实验室中看到、触摸或捕捉它。但它的引力指纹无处不在。
现在，开创性的新研究揭示了暗物质在我们银河系中的分布方式的非凡之处。科学家们发现，它并没有以长期假设的简单球形图案展开，而是扁平且不对称的，反映了恒星本身的形状。这一发现可以解释天文学中最持久的谜题之一：从我们银河系中心发出的神秘伽马射线过量。
波茨坦莱布尼茨天体物理研究所 （AIP）、耶路撒冷希伯来大学和约翰霍普金斯大学的研究人员发表在《物理评论快报》上的研究结果表明，这种过剩可能最终成为暗物质湮灭的长期迹象。如果得到证实，这将是我们这个时代最重要的科学突破之一——让我们一睹构成宇宙大部分的物质。
伽马射线过量之谜
2009 年，美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜开始以前所未有的精度绘制高能天空的地图。当它将目光转向银河系的心脏时，科学家们大吃一惊。望远镜检测到从银河系中心辐射的意外伽马射线（已知能量最高的光）泛滥。
这种现象很快被称为伽马射线过量。这些射线数量太多，无法用超新星或宇宙射线等已知的天体物理来源来解释。一些新的——可能是革命性的——正在产生它们。
很快出现了两种主要理论。第一个提出射线来自毫秒脉冲星——古老的超密集中子星每秒旋转数千次，像宇宙灯塔一样发射辐射束。第二个更诱人的想法表明，射线是暗物质粒子相互碰撞和湮灭的结果。
理论表明，当暗物质粒子相遇时，它们可以在能量爆发中自毁，从而产生伽马射线等。如果这是真的，那将意味着我们银河系的中心不仅充满了暗物质，而且还在死亡的阵痛中积极发光。
但有一个问题。观测到的伽马射线的空间扩散与早期暗物质模型的预测不符。辐射的分布似乎遵循与预期不同的模式——球形更少，更扁平——导致许多研究人员支持脉冲星的解释。
直到现在。
看到银河系的新形状
这项新研究使用高分辨率宇宙学模拟重新审视了这个问题——本质上是数字实验室，银河系等星系在模仿真实宇宙的条件下演化。
这些模拟旨在在类似于我们宇宙邻居的环境中重建星系。通过模拟暗物质和正常物质在数十亿年内如何相互作用，研究人员发现银河系的暗物质晕并不是完美的圆形。相反，它似乎被扁平和拉伸，呈现出更类似于银河盘内恒星分布的形状。
这种新的见解改变了一切。如果内星系中的暗物质以这种方式排列——更像圆盘，更不像球形——它自然会产生与费米观察到的非常匹配的伽马射线分布。
正如 AIP 的 Noam Libeskind 所解释的那样，“当 FERMI 太空望远镜指向银河系中心时，结果令人震惊。望远镜测量了太多的伽马射线，这是宇宙中能量最高的光。世界各地的天文学家都感到困惑，相互竞争的理论开始涌入，以解释所谓的'伽马射线过剩'。
现在，由于这些先进的模拟，拼图开始拼凑在一起。
重新构想的银河系
传统上，天文学家将银河系描绘成一个闪亮的恒星螺旋，漂浮在一个巨大的球形暗物质茧内——所谓的暗物质晕。人们认为，这种光晕远远超出了银河系的可见边缘，主导了它的质量并控制了它的自转。
但这项新研究描绘了一幅不同的图景。暗物质晕不是光滑的球体，而是不对称且扁平的，特别是在其内部区域。这种形状的微妙变化具有深远的影响。这意味着银河系的中心部分——伽马射线过量的起源——可能包含比之前想象的更致密、团块的暗物质区域。
该研究的主要作者穆里茨·穆鲁 （Moorits Muru） 对其进行了优雅的总结：“我们分析了银河系及其暗物质晕的模拟，发现该区域的扁平足以解释伽马射线过量是由于暗物质粒子自我湮灭造成的。
换句话说，来自我们银河系心脏的神秘光芒可能根本不是来自奇异的中子星或奇怪的宇宙现象。这可能是暗物质显露出来的信号，不是通过光，而是通过它的破坏。
看不见的本质
暗物质仍然是科学最大的谜团之一。它既不发光也不吸收光，与正常物质的相互作用很弱，使其实际上是看不见的。然而，没有它，我们所知道的宇宙就不可能存在。星系会旋转，恒星永远不会形成，宇宙结构会崩溃。
几十年来，物理学家一直在地下探测器、粒子加速器和深空观测中寻找难以捉摸的暗物质粒子。到目前为止，还没有直接检测成功。但间接证据——比如它施加的引力或它弯曲的光——已经毫无疑问地表明它存在。
如果这项新研究是正确的，费米看到的伽马射线可能代表了对暗物质粒子性质的首次间接证实。每一次湮灭事件都会释放伽马光子——在银河系核心深处发生的微小的无形碰撞爆发。每个光子，穿越数万光年，都是来自黑暗的低语。
充满可能性的宇宙
这一发现的影响远远超出了银河系。如果暗物质湮灭可以在这里产生可检测到的伽马射线，那么它也可能在其他星系中产生，甚至在暗物质丰富的星系团中也是如此。这为研究看不见的宇宙打开了一扇新窗口，提供了一种不仅通过引力，而且通过其微弱、充满能量的余辉来绘制暗物质存在图的方法。
此外，该研究加强了继续全球寻找暗物质粒子的理由。正如穆鲁所指出的，“这些计算表明，应该鼓励寻找可以自我湮灭的暗物质粒子，并使我们离理解这些粒子的神秘本质更近了一步。
随着即将建成的天文台，如切伦科夫望远镜阵列和欧几里得太空望远镜，科学家们将能够以更高的精度测试这些预测。直接识别暗物质的梦想——曾经是一个遥远的幻想——现在感觉非常接近。
光与影之间
科学往往通过安静的启示时刻来进步，在这个时刻，旧的假设会消失，新的模式会从噪音中出现。这一发现虽然微妙，但重塑了我们如何想象我们的银河系以及我们在其中的位置。
银河系不仅仅是一个在黑暗中旋转的宁静恒星盘，它还是一个由暗物质无形之手塑造而成的活体结构。它看不见的框架不仅控制着星系的舞蹈，甚至可能控制着光本身的诞生和死亡。
在那个隐藏的网络的某个地方，暗物质粒子碰撞、消失并释放出最微弱的光芒——这是宇宙仍有秘密等待被揭开的无声见证。
更多信息：Moorits Mihkel Muru 等人，费米-LAT 银河系中心银河系模拟中暗物质的过度形态，物理评论快报 （2025）。DOI：10.1103/g9qz-h8wd
