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    银河系心脏现神秘光源 暗物质还是脉冲星?

    时间:2016-12-23 16:45来源:未知 作者:admin 点击:
    不能妄下结论 如果矮星系、粒子加速器和直接探测实验在未来几年仍旧一无所获,用大质量弱相互作用粒子解释暗物质和银河系中央伽玛射线过量的合理性将进一步降低。在银河系中央搜寻脉冲星的努力也是如此。不久之后,这些假设或者得到证实, 腾博会官网 ,或者

    不能妄下结论

    如果矮星系、粒子加速器和直接探测实验在未来几年仍旧一无所获,用大质量弱相互作用粒子解释暗物质和银河系中央伽玛射线过量的合理性将进一步降低。在银河系中央搜寻脉冲星的努力也是如此。不久之后,这些假设或者得到证实,腾博会官网,或者被抛弃。斯拉特耶说:“对于这种过量现象,我一直担心我们永远不会在其他任何暗物质渠道找到具有决定性的信号,同时也没有得出能够解释这一现象的天文观测发现,例如脉冲星。对于一名科学家来说,这是一个非常令人懊恼的局面。”

    麻省理工学院的物理学家特雷西?斯拉特耶表示:“创建一个立基于点源而不是平滑辐射源的模型会改变你的统计数据。”他的研究团队发现观测数据更倾向于类似脉冲星的点源。阿姆斯特丹大学的克里斯托弗?韦尼格领导的一项研究采用了不同的统计方式,但得出相同的结论。韦尼格表示:“时下,我认为毫秒脉冲星是最佳选择。虽然每一个人都可能发现暗物质信号,但我们必须谨慎对待,不能妄下结论。”


    寄希望于未来实验

    费米项目组进行的新研究提供了伽玛射线源的大量信息,有助于科学家看清形势。霍珀表示:“我认为这项研究具有非常重要的意义,为我们提供了很多细节。”费米项目组并不确定真正的光源。费米论文合著者、加利福尼亚大学尔湾分校的斯摩纳?穆吉亚表示:“我们断定常规伽玛射线放射源之外还有其他源头,说明存在我们尚未发现的新东西,但现在就得出暗物质信号的结论还为时尚早。至于脉冲星,我个人认为可能性很高。”

    对暗物质假设进行检验的另一条途径是观测矮星系。如果银河系中央的大质量弱相互作用粒子相互湮没,其他星系的中央也一定存在相同现象。来自附近大型星系的信号非常微弱,很难被观测到,但环绕银河系的球状矮星系并不存在这种情况。据信,矮星系的暗物质密集度极高。加州大学欧文分校的天体物理学家克沃尔基?阿巴扎吉安表示:“但目前并未发现来自矮星系的信号。”在已知的大约30个矮星系中,只有1个表现出伽玛射线过量迹象,导致解释银河系中央神秘光源的暗物质说受到质疑。

    银河系心脏地带的伽玛射线长久以来便引起理论学家的浓厚兴趣。他们指出这种现象的特征与一项暗物质理论惊人匹配。根据这项理论,地球一定被暗物质环绕,因为恒星和星系都受到未知力量的引力拖拽。另一项理论指出,大质量弱相互作用粒子便是暗物质的成分。这种粒子拥有与之对应的反物质,就像物质和反物质相遇后彼此湮灭一样,两个大质量弱相互作用粒子相撞后也会湮灭。据信,银河系中央的暗物质密度极高,大质量弱相互作用粒子经常发生相撞并引发爆炸,爆炸可能释放出费米望远镜观测到的伽玛射线。

    或存在未知事物

    不过,这些伽玛射线也可能有一个很平常的源头,那就是脉冲星。脉冲星是大质量恒星因核聚变反应耗尽燃料最后发生塌陷的残余。它们的旋转速度极快??旋转一周只需要1毫秒??同时释放出密集光束,就像是一个高速旋转的灯塔。脉冲星释放伽玛射线,如果银河系中央存在大量脉冲星,便可以解释费米望远镜观测到的现象。在费米项目组公布分析结果前,最近进行的两项研究也得出支持这一想定的发现??额外的伽玛射线成团状分布,而不是平滑分布。如果光线源自于脉冲星等个体天体而不是暗物质粒子,便可能出现团状分布,因为暗物质粒子均匀分布在太空中。


    暗物质说的作证将在不久后出现。如果大质量弱相互作用粒子便是暗物质的成分,我们可以借助世界上最强大的粒子加速器??大型强子对撞机,通过撞击的方式产生这种粒子。最近,强子对撞机以最大功率重启。通过直接观测的搜寻努力也在寻找大质量弱相互作用粒子。具体地说,科学家在地下进行实验,通过观测这种神秘莫测的粒子与正常物质间的交互作用证明它们的存在。无论是粒子加速器还是直接探测器迄今都没有发现暗物质粒子,进一步缩小了大质量弱相互作用粒子可能类型的范围。最近,阿姆斯特丹大学天体物理学家弗朗西斯卡?卡洛雷和她的同事将所有搜寻努力得出的发现以及银河系中央观测数据综合到一起进行分析。他们发现很多大质量弱相互作用粒子模型已经被数据排除,但仍有一些模型可能成立。

    “脉冲星说”存在一个疑问,为何数量众多的脉冲星聚集成一个环绕银河系中央的球,腾博会官网?斯拉特耶指出:“看起来更像是以其他方式形成的其他天体,而不是我们熟悉的脉冲星,腾博会官网。”普林斯顿高等研究院的天文学家蒂莫西?布兰德特和本斯?科希斯指出环绕银河系的星团可能受到银河系引力的影响,导致它们将包括脉冲星在内的星体喷入银河系中央的一个球壳。斯拉特耶说:“这种解释立基的模型本用于其他目的,但却与银河系中央的信号非常匹配。这是一件很奇妙的事情。”

    然而,并非每一个人都能被说服。费米国家加速器实验室的天体物理学家丹?霍珀表示:“我认为这些提出点源假设的论文非常有趣,但我不得不谨慎对待他们的结论。也就是说,我并不相信点源就是导致伽玛射线过量的原因所在。团状分布的证据可能是对其他伽玛射线源错误假设的结果,例如宇宙射线和恒星间气体的交互作用。从这个意义上说,我认为这并不是一个明确答案。”霍珀是率先发现银河系中央伽玛射线辐射过量的科学家之一。

    好消息是,如果脉冲星就是伽玛射线过量的原因所在,未来性能更为卓越的望远镜能够直接观测到暗淡的脉冲星。脉冲星是下一代射电望远镜的首要观测目标之一,例如正在南非建造的MeerKAT望远镜阵列(平方公里阵列的一部分)。平方公里阵列建在非洲南部和澳大利亚,将于2020年投入使用。韦尼格说:“如果我们未能在5年或者10年内发现它们,意味着暗物质这种解释的可能性更高。这是一种双赢局面。我们需要的是耐心。”

    之所以得出两种截然不同的推测是因为伽玛射线信号的不确定性。在美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜获取的数据中,科学家发现了信号。很多机构对费米的公开获取数据进行了分析,声称发现无法解释的光量过度现象。但他们发现的细节和解读方式存在差异。在发表于《天体物理学》杂志上的一篇论文中,费米望远镜项目组首次证实存在光量过度现象。此外,他们还对这一现象的特征进行了迄今为止最为详尽的描述,例如密度、在太空中的分布、波长谱以及包括望远镜系统误差和其他可能影响信号的伽玛射线源在内的所有“污染”因素。研究小组的分析让科学家看到了希望,他们有可能最终揭开银河系心脏神秘信号的面纱。


    暗物质还是脉冲星?

    银河系心脏地带异常明亮,伽玛射线的数量达到令人惊异的程度。自2009年以来就有天文学家指出银河系中央的伽玛射线过量现象无法用任何已知光源加以解释。从一开始,科学家就怀疑他们发现的是长久以来苦苦寻找的暗物质信号。暗物质是一种不可见的物质形态,据信遍布宇宙。但最近进行的两项研究为另一种解释提供了更多佐证,即这些伽玛射线来自于一个脉冲星群。脉冲星亮度极低,无法用当前的望远镜观测到。

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