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NASA费米望远镜扩大对暗物质的搜索

时间:2016-08-15 整理:docExcel.net

虽然我们还不知道暗物质是什么,但我们的研究结果表明我们可以详细研究轴子类粒子模型,最大限度缩小可能的质量范围

暗物质是一种组成宇宙中绝大部分物质的神秘物质,一直令人难以琢磨。尽管在地面与太空中进行的试验都尚未发现暗物质的踪迹,但研究结果帮助科学家们排除了一些理论可能性。今年初发布的三份研究报告,使用了六年多来费米伽马射线太空望远镜所收集的数据,利用新型方法扩大了对暗物质的追踪。费米项目科学家 Julie McEnery 表示,一直以来,我们都是使用普通的方法在普通的地方寻找,如今我们打算开始利用一些创新的方法。

暗物质既不会发射也不会吸收光线,主要是通过引力作用与宇宙的剩余部分相互作用,但却占据了宇宙中所有物质的 80%。天文学家能通过星系的自转、光线通过星系团时发生的扭曲以及对早期宇宙的模拟发现暗物质所产生的作用。最有可能的是一系列不同种类的假想暗物质粒子。先前,费米探测到在银河系中央与其他围绕银河系运转的矮星系中与暗物质有明显关联的伽玛射线信号。

尽管没有确切的发现,但研究结果依然排除了一定范围内的质量与相互作用比率的可能性,进一步缩小了暗物质粒子可能具有某些特性的可能性。在这些新研究中,最特别的是探索暗物质由轴子或其他具有相似特性的颗粒组成的可能性。轴子类的颗粒能够转化为伽玛射线,而当它们与强磁场相互作用时,又会转回原先的样子,在这些转化过程会留下一些特性踪迹。斯德哥尔摩大学的 Manuel Meyer 带领团队研究 NGC 1275 星系中的伽玛射线,它位于英仙座星系团中央,距离地球大约 2.4 亿光年。

NGC 1275 发射的高能量射线被认为与其中央的超大质量黑洞有关系。像其他星系团一样,英仙座星系团充满了与磁场交织的炽热气体,有利于伽玛射线和轴子类颗粒的相互转化。Meyer 的团队收集了费米广域空间望远镜(LAT)的数据,搜寻扭曲的伽玛射线信号。研究结果排除了可能包含了4% 暗物质的轴子类颗粒。Meyer 表示,虽然我们还不知道暗物质是什么,但我们的研究结果表明我们可以详细研究轴子类粒子模型,最大限度缩小可能的质量范围。另一种可能是暗物质的颗粒名为弱相互作用大质量粒子(WIMPs),在某些情况下,相互碰撞的 WIMPs 粒子既不会相互摧毁,也不会产生快速衰减的中介颗粒。

这两种情况均使得伽玛射线能够被 LAT 探测到。加州大学的 Regina Caputo 在小麦哲伦云(SMC)中搜寻这些信号。小麦哲伦云距离地球大约 20 万光年,是围绕银河系运转的第二大卫星星系。在 SMC 中搜寻暗物质的有利因素在于它距离我们相对比较近,而且它的伽玛射线都是由恒星诞生和脉冲星这类传统因素产生的,科学家们对此比较了解。

更重要的是,天文学家们能精确测算出 SMC 的自转曲线,这能体现出它的自转速度是如何随着其中心距离而变换的,从而能表现出存在着多少暗物质。由克莱姆森大学的 Marco Ajello 及 SLAC 国家加速器实验室的 Mattia Di Mauro 所带领的第三项研究则是从不同的角度进行研究。他们并不是对特定的某个目标进行研究,而是研究了超过 6 年半的 LAT 数据,分析整个天空中的伽玛射线背景。

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