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又一神秘结构在银河系中心被发现,这里到底蕴藏着多少秘密

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发表于 2020-9-1 14:57:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
银河系的中心是我们已知宇宙中最诡异的区域之一,或者说每一个星系的中心都如此特殊,但银河系的中心最容易被我们观测。
在星系的中心,通常有一个超大质量黑洞,银河系也不例外。质量达到太阳400万倍的人马座A*在这里统治着银河系,并且为这片区域增添了无数神秘的色彩。


在人马座A*的附近,我们不仅发现了神秘的费米气泡,还在最近发现了诡异的热电离物质气泡,还有费米气泡中匪夷所思的冷分子云。再加上科学家唯一找到的少数可能确认身份的中等质量黑洞以及迄今为止移动速度最快(8%光速)的恒星,没有人会质疑这里是宇宙中最神秘的区域。
它似乎还不满足,仍然不断向人类展示着新的面孔。
科学家发现,这里有一些无法解释的伽马射线,其能量高得惊人。多年以来,科学家们一直在尝试解释这种被称为银河系中心伽玛射线超额(GCE)的现象,但始终没有定论。在此之前,有些科学家将这个现象解释为暗物质的湮灭,这个理论也一直受到了很多人的支持。不过,最近的一项研究将这个理论推翻,使得银河系中心的这些伽马射线显得愈发神秘。


十几年前,当NASA的费米伽马射线空间望远镜对准银河系中心的时候,发现了这些神秘的伽马射线。众所周知,伽马射线能量极强,通常都是产生于黑洞、中子星等极端天体或者是这些极端天体合并等极端事件。因此,科学家们首先尝试利用这些天体或者事件来解释这些伽马射线。
但奇怪的是,当科学家们将银河系中心的这些天体全部考虑进来,再对比费米望远镜的数据时,发现二者并没有完美匹配,理论上的伽马射线能量不足以解释费米望远镜的实际观测结果。于是,科学家们纷纷提出不同的看法,而暗物质也成为了解释这一现象的候选者之一。
没有人知道暗物质到底是什么,我们只知道它能够提供引力。在宇宙中,科学家们已经多次发现了星系或者星系团这种天体集合的实际引力比可见物质所能提供的理论值大得多的现象,因此提出了暗物质的概念,认为这种物质不与可见物质有相互作用,但是会提供引力。


多年以来,世界各国的科学家都在尝试探究暗物质的本质,但是所获得的信息始终少之又少。不过,虽然真实身份仍然不明,暗物质却经常被用来解释其他的一些神秘宇宙现象。比如我们今天讨论的GCE现象,也有可能是暗物质作用的结果。
他们指出:暗物质的真实身份极有可能是一种名为弱相互作用大质量粒子(WIMP)的结构,其主要特点有两个,一是质量比可见的普通粒子要大,二是只通过弱核力和引力相互作用。当这些WIMP相互碰撞的时候,就会像普通粒子在加速器中的碰撞一样,出现湮灭的现象。在这种情况下,它们就会消失,将能量以伽马射线的形式释放出来,也就是我们目前在银河系中心观测到的一样。


加州大学欧文分校(UCI)的天体物理学家Kevork Abazajian指出:“40多年以来,粒子物理学家眼中最有希望的暗物质候选者,莫过于一种能进行弱相互作用的微观粒子。”不过,他并不认为这种可能的粒子就是银河系中心GCE现象的根源。虽然以往的科学家也曾提出过质疑,但Abazajian最近的研究几乎彻底推翻了这个理论。
“这个结果首次将这种超大质量的粒子排除在了候选者之外。”他自信地说。
他的同事、天体物理学家Manoj Kaplinghat解释说:“在许多的模型中,这种粒子的质量大约在质子的10-1000倍之间。而如果它的质量越大,那么成为实际上暗物质组成粒子的可能性就反而越小。在这篇论文中,我们在最受欢迎的阈值内排除了暗物质的可能性。这是一个非常巨大的进展,我们为这种粒子成为暗物质候选者约束了一个范围。”


为了完成这项工作,他们在3年的时间里对银河系中心进行了深入的研究和分析,对其中所有的天体可能产生的伽马射线进行了建模,其中包括恒星的形成、银河系两侧的费米气泡、宇宙射线和星际分子的相互作用、中子星以及毫秒脉冲星等天体和事件都被考虑在内。
他们的结果和以往大不相同,如果把这所有的因素都加入进来的话,银河系中心的伽马射线超额现象没有想象中那么夸张,而且超额的部分也不太可能来自于WIMP。“银河系中心没有表现出明显的过剩,以至于非要用暗物质的湮灭来解释。”他们在论文中指出。
当然,这只是说明伽马射线超额现象未必而非肯定不是来自于暗物质。想要彻底推翻暗物质的可能性,就要参考此前的一项研究。


前些年,就有科学家指出:如果是暗物质湮灭产生了这些伽马射线,由于暗物质是均匀分布的,那么这些伽马射线也应该是均匀分布的。然而,实际情况是,这些伽马射线的密度并不均匀,而是有些地方高一些,有些地方低一点。
那么,是银河系中心的恒星产生了这些伽马射线吗?因为这样的分布似乎倾向于这个可能性。但实际观测显示:恒星的分布和伽马射线也并不一致。
不过,从严谨的角度上说,这次研究也并没有完全推翻以前的理论,只是更加缩小了伽马射线超额的原因以及暗物质的范围。


Kaplinghat说:“我们的研究限制了暗物质可能是哪种粒子,银河系中关于暗物质的多条线索仍然非常牢固,并且并没有受到我们这项工作的影响。”
也许,科学家们需要跳出银河系,看看其他星系的中心,尝试找到这些问题的答案。这是我们目前非常有效的天文研究手段,通过其他类似天体和接近我们的天体共同的研究和相互验证,从而得到结论。不论是暗物质还是银河系,对于人类来说都至关重要。找到这些问题的答案,或许是我们突破银河系,前往宇宙的重要途径。



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