两篇论文一起应战暗物质实在身份银河系中的暗物质信号是乌龙

一些科学家认为，接近银河系中心的“暗物质晕”，正是暗物质衰变留下的痕迹。图片来自：Christopher Dessert, Nicholas Rodd, Benjamin Safdi, Zosia Rostomian, Fermi Large Area Telescope

咱们都知道它的存在，但它看不见、摸不着，没有人知道它究竟是什么——这便是暗物质。现在，科学家能够确认它简直填满整个世界，占有了世界物质质量的85%，但仍然无法确认这种奥秘的物质是由什么组成的。

一段时间以来，天体物理学家分外重视世界中的两股奥秘信号，由于它们或许源于暗物质：银河系中心许多难以解说的伽马射线信号，以及在其他星系和星系团中观测到的X射线峰。这些信号被认为是暗物质自我湮灭并衰变所生成的粒子。但是，最近宣布的两篇论文好像让这种或许性下降了，但也引发了更剧烈的争辩。

撰文 | 克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz）

翻译 | 王语嫣

审校 | 吴非

3.5 KeV线

2014年，地理学家在运用XMM牛顿望远镜观测英仙座星系团的放射光谱时，在能量3.5 千伏特（KeV）处看到一条亮堂峰线，即所谓“X射线峰”。随后，在许多的星系和星系团（包含咱们的近邻仙女座星系）中都观测到这样的信号。这个发现在其时十分振奋人心，由于一种暗物质候选粒子——慵懒中微子——能够衰变为可见物质，并释放出和观测效果共同的辐射。

最近，密歇根大学的本杰明·萨弗蒂（Benjamin Safdi）与搭档剖析了XMM牛顿望远镜观测到的许多数据后，决议经过这种办法在银河系中寻觅X射线峰。假如该辐射来历的确是暗物质衰变，那么在银河系的暗物质晕中，也应该能勘探到这样的信号。

他们观测了银河系较为空阔的天区，寻觅3.5 KeV 处的X射线峰。在近期的《科学》杂志上，他们发布了研讨效果。经过大约一年的观测和曝光，“惋惜的是，咱们什么都没看到，”萨弗蒂说，“依据咱们的效果，‘3.5KeV X光辐射源于暗物质’这一假说建立的或许性大幅下降了。”

结案了吗？也并不是。许多地理学家对这项研讨选用的办法提出了质疑，他们都认为X射线峰仍是很或许在银河系中存在，并仍旧能够看做是暗物质存在的强力依据。“我对这篇论文的技能部分持保存情绪，”迈阿密大学的尼科·卡佩卢蒂（Nico Cappelluti）说，“他们选用的技能并不规范，所以我认为由此得出的定论有些草率。”另一位物理学家，荷兰莱顿大学的阿列克谢·博亚尔斯基（Alexey Boyarsky）情绪愈加直接：“我知道的大部分专家都认为这篇论文的首要定论是错的，我看不出来他们怎么从数据中得到这条不存在的定论。”

博亚尔斯基和团队也运用了XMM-Newton的数据来搜索银河系的X射线峰，并在2018年12月宣布了一篇预印本文章，声称在银河系中勘探到了X射线峰，且效果具有明显的计算学含义。博亚尔斯基认为，构成定论不同的原因是萨弗蒂团队剖析的能量规模太窄，因而无法精确地从需求勘探的“X射线峰”数据中去除世界布景辐射。

萨弗蒂则坚称他的办法虽然此前没有在X射线地理学中应用过，但在粒子物理范畴，比方在大型强子对撞机中所进行的寻觅暗物质的试验中，现已证明晰该办法的有效性。萨弗蒂说：“咱们的观念是，咱们运用的数据剖析办法愈加稳健，它不会让你先入为主地认为自己看到了一些实践上不存在的东西。”关于博亚尔斯基团队的效果，萨弗蒂说：“我的猜想是，他们得到的效果仅仅计算不坚定或是系统误差。”

但是，仍是有许多科学家认为X射线信号是咱们了解暗物质的一种十分可行的办法。“我认为，关于3.5 KeV线，咱们应该新技能的辅佐才干得到有含义的定论。”马克斯·普朗克地外物理研讨所的埃斯拉·布尔布利（Esra Bulbul）说。2014年，正是她和搭档初次勘探到了3.5 KeV线。日本世界航空研讨开发组织（JAXA）主导的XRISM项目将于2022年发射，到时咱们该能知道这条谱线是不是真的存在并符合暗物质的特色。“在那之前，我不会下定论否定这条谱线来源于暗物质的或许性。”布尔布利说。

暗物质湮灭

银河系中另一个有或许指向暗物质的信号，是银河系中心来历不明的伽马射线——一些地理学家认为这些射线源自暗物质的湮灭。在这个假说中，暗物质能够一起是物质及反物质。这样，当两个暗物质粒子相遇时，它们就会相互湮灭，并在此过程中构成伽马射线。

2009年，费米伽马射线太空望远镜初次发现了该信号，从那时起，科学家就对其来源争辩不休。虽然这些伽马射线信号能够用暗物质模型来解说，但还有一种愈加平平的解说：它们或许仅仅由银河系中心旋转的中子星（也便是脉冲星）宣布的。

韩国地理和空间研讨所的莱恩·E·基利（Ryan E. Keeley）和科维理世界物理学与数学研讨所的奥斯卡·马西亚斯（Oscar Macias）在一项新研讨中，剖析了银河系中心伽马射线的空间散布和能量。研讨人员发现，比较于暗物质的解说，这些射线更符合银河系中心恒星、气体及星系射线的散布。“这样一来，问题来了：留给暗物质的或许性还有多少？”加州大学尔湾分校的克沃尔科·阿巴扎吉安（Kevork Abazajian）说，他也是本篇论文作者之一。这篇论文已被提交至Physical Review D，并宣布到了预印本网站。依据这篇论文的定论，伽马射线来自于暗物质的或许性不大。“咱们现在对暗物质湮灭持保存的情绪。”

但相同，关于这个定论，科学家还无法盖棺事定。麻省理工学院的物理学家特蕾西·斯拉蒂耶（Tracey Slatyer）说：“这项剖析的思路很棒，但它取决于咱们现在对银河系布景辐射的模型是否满足精确。我忧虑的是，假如模型不行精确，这个定论也无法得出。”

最近几年，一些研讨发现银河系中心那些过量的伽马射线很或许是由独自的“点光源”——比方脉冲星——宣布来的。假如这些涉嫌来源于暗物质，那咱们该能观测到均匀散布的辐射，这与实践观测效果不共同。但是斯拉蒂耶和她的搭档丽贝卡·利恩（Rebecca Leane）发现，一种系统误差会导致效果倾向于脉冲星，而实践上脉冲星的或许性并不比暗物质更大。斯拉蒂耶说：“这不意味着点光源就必定是错的，或是那些伽马射线必定源自暗物质。但关于那些认为伽马射线来自点光源的研讨，咱们得当心看待。”

存在危机

终究，关于暗物质的争辩仍旧存在。新研讨说明晰这些奥秘信号或许并不是如咱们所想的来自于暗物质，这是否意味着暗物质或许底子不存在？“不是，”阿巴扎吉安说，“暗物质粒子的理论与咱们观测到的现象是如此符合，从亚星系标准到整个世界的边际。毫无疑问，暗物质是存在的。”

虽然绝大多数科学家关于暗物质存在的深信无法不坚定，但他们找到暗物质的期望又削减的一分。不仅是现有的天体物理学的依据难于捉摸，直接经过试验来捕捉暗物质粒子的测验也未能获得发展。大型强子对撞机（LHC）中的研讨，现在为止还没有效果。“咱们在试验室里看不到，在LHC里看不到，在太空中也看不到（暗物质粒子），”阿巴扎吉安感叹道，“粒子物理学似乎呈现了一种存在性危机。”

而科学家捕捉暗物质粒子的失利，使得暗物质的实在“身份”愈加迷雾重重。之前最抢手的候选者，大质量弱相互作用粒子（WIMPs），由于在试验中没再次呈现——或许由于阿巴扎吉安论文中的计算效果，或许性下降了。“之前人们所认为的许多暗物质候选者被排除了，”萨弗蒂说。“许多人认为WIMPs简直必定存在。某种程度上讲，这的确是一段困难的时期。但换个视点想，这也是十分令人激动的。由于现在咱们都在群策群力，回到最根底的当地，来讨论暗物质究竟或许是什么。”

https:///article/milky-way-dark-matter-signals-in-doubt-after-controversial-new-papers/

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