失踪的伽马射线是暗物质？宇宙磁场提供了新线索

来源：天文物理

当天体物理学家观察来自银河系外星系的伽马射线时，通常看到的只是一个小点，因为这个星系非常遥远。因此当一个星系以一个扩展的团块形式出现时，一定会发生一些不同寻常的事情，帮助研究人员更好地理解深空性质。现在包括能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员在内的科学家们，利用美国宇航局费米伽马射线太空望远镜上的大型区域望远镜(LAT)收集的8年的数据，编制了此类斑点的最详细目录。这些星云，包括19个以前不知道会扩展的伽马射线源，提供了关于恒星如何诞生、如何死亡以及星系如何向太空喷射物质的重要信息。

博科园-科学科普：然而有趣的是，正是在那些没有发现气泡的宇宙区域，发现了宇宙中两种特别神秘的成分：暗物质（一种比普通物质多六倍的不可见的物质形式）以及弥漫在星系之间空间中的磁场，而暗物质起源目前是未知的。美国航空航天局科学家雷吉娜·卡普托（也是最近由国际费米-莱特合作组织进行的研究的领导者之一）说：这些数据非常令人兴奋，因为它们使我们能够研究宇宙中一些最基本的过程，它们可能会引导我们发现全新的物理，该研究发表在《天体物理学杂志》上。

研究人员寻找其中一件事是与围绕银河系旋转的伴星星系相关的伽马射线团。由于这些卫星系中最微弱的部分包含恒星非常少，它们被认为是由暗物质聚集在一起。科学家们相信暗物质可能是由一种叫做弱相互作用大质量粒子的粒子组成，这种粒子在相互碰撞和摧毁时，会释放出伽马射线。一个来自超精细卫星星系的伽玛射线团信号可能是wimp存在的强烈暗示。对星系形成的模拟预测，卫星星系的数量应该比我们在光学观测中能够探测到的要多。

由美国宇航局费米号宇宙飞船上的大口径望远镜拍摄的数据中发现的扩展伽玛射线源(圆圈区域)。图片：Matthew Wood/Fermi-LAT collaboration

它们中的一些可能非常微弱，只有当它们由于暗物质湮灭而产生伽马射线时，才能看到它们。在这项新的研究中，费米-拉特研究人员寻找与那些预测的卫星星系相关的伽玛射线团。但即便是他们空手而归的事实也是一个重要的结果：在未来的研究中，这将允许他们确定银河系卫星系中暗物质的分布以及WIMPs产生伽马射线的可能性，它也为星系演化模型提供了新的输入。

研究人员还利用数据获得了更多关于星系间磁场强度的信息，希望这将成为确定磁场起源的一个重要谜题。在这部分的研究中，研究小组观察了燃烧着的星系——这些活跃的星系将高速喷射的等离子体喷向太空。费米航天器可以探测到与指向地球方向的射流有关的伽马射线。该研究的另一位主要作者、Kavli粒子天体物理和宇宙学研究所的洪堡研究员曼纽尔·迈耶(Manuel Meyer)说：看起来像点状源，但一种涉及星系间磁场的机制可能会使它们看起来像扩展源。

小麦哲伦星云(SMC)是环绕银河系运行的第二大卫星星系，这幅图像将SMC的照片与暗物质模型的一半叠加在一起，较浅的颜色表示密度更大，并显示暗物质向SMC中心高度集中。图片：Regina Caputo/NASA; Axel Mellinger/Central Michigan University

研究人员没有发现任何与火焰相关的斑点，再一次，这次的缺席是有价值的信息：让研究小组计算出磁场的强度至少是地球磁场强度的十亿分之一。星系间的磁场比研究人员预期要强大，这一新的信息可能帮助他们发现，它是来自最近流入太空的物质，还是早期宇宙历史进程中产生。宇宙磁力也可能与暗物质有关，在WIMP模型的另一种替代方法中，暗物质被认为是由一种叫做轴子的较轻粒子构成，这种粒子可以在磁场存在的情况下从伽玛射线中出现(并重新转化为粒子)。要做到这一点，磁场强度需要更接近它的上限。在暗物质研究中考虑到这种机制是非常有趣。