費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)仙女座星系的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)

克萊爾·薩拉維亞

美國(guó)航空航天局的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡在銀河系的鄰居仙女座星系中心觀測(cè)到一種信號(hào)，或許能夠證明那里有暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在。

伽馬射線是光線的最高能形式，由宇宙最高能量現(xiàn)象產(chǎn)生。在類(lèi)似銀河系這樣的星系里，伽馬射線是很常見(jiàn)的現(xiàn)象，因?yàn)橛钪嫔渚€——以接近光速移動(dòng)的粒子——與星際云和星光相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生伽馬射線。

令人吃驚的是，最新的費(fèi)米數(shù)據(jù)表明，仙女座伽馬射線局限在該星系中心，而不是完全展開(kāi)。為了解釋這種不同尋常的分布，科學(xué)家提議，將其看作有幾個(gè)不同來(lái)源的射線，其中之一可能是暗物質(zhì)，即理論模型中構(gòu)成宇宙大部分的未知物質(zhì)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和法國(guó)圖盧茲天體物理學(xué)與行星學(xué)研究所的天體物理學(xué)家、首席科學(xué)家皮耶瑞克·馬丁說(shuō)：“我們推測(cè)，暗物質(zhì)會(huì)在銀河系和其他星系的最深區(qū)域聚集。所以說(shuō)，發(fā)現(xiàn)這樣密集的信號(hào)令人非常興奮。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將成為我們理解仙女座和銀河系的一個(gè)關(guān)鍵?！彼麄儗⒀芯砍晒l(fā)表在《天體物理學(xué)學(xué)報(bào)》上。

仙女座伽馬射線另外一個(gè)可能的來(lái)源是仙女座中心大量脈沖星的集中。這些旋轉(zhuǎn)的中子星的質(zhì)量是太陽(yáng)的2倍，位于宇宙中最密集的物體之中。一茶匙的中子星物質(zhì)到了地球上就有10億噸重。脈沖星大多數(shù)的能量都是通過(guò)伽馬射線發(fā)射的。因?yàn)橄膳嚯x我們?yōu)?50萬(wàn)光年，要想找到個(gè)體脈沖星是很難的。要想探測(cè)伽馬射線是否來(lái)自這些物體，科學(xué)家需要把他們對(duì)銀河系脈沖星的認(rèn)識(shí)運(yùn)用于仙女座星系的新X射線與射電觀察。

既然費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在仙女座和銀河系探測(cè)到類(lèi)似的伽馬射線，科學(xué)家就能利用這個(gè)信息解開(kāi)兩個(gè)星系內(nèi)的謎團(tuán)。例如，仙女座中形成多數(shù)恒星的大盤(pán)放射的射線沒(méi)有多少，表明在那里漫游的射線更少。因?yàn)槿藗兺ǔＵJ(rèn)為宇宙射線與恒星的形成有關(guān)，仙女座外部沒(méi)有伽馬射線就表明該星系產(chǎn)生宇宙射線的方式不同，或者射線已更快地逃逸出該星系。通過(guò)研究仙女座，科學(xué)家能夠更好地理解宇宙射線的生命周期及其與恒星形成的關(guān)系。位于中國(guó)昆明的中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)天體物理學(xué)家侯賢說(shuō)：“我們不完全理解宇宙射線在星系中所起的作用，也不完全理解這些射線如何穿越星系。仙女座讓我們看到與銀河系不同的條件下宇宙射線的行為?！?/p>

在銀河系和仙女座類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)意味著在觀察困難的情況下，科學(xué)家可以視這兩個(gè)星系互為對(duì)方的模型。費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)銀河系中心的觀察雖然更敏感、更詳細(xì)，但是它的局部視線被來(lái)自銀河系圓盤(pán)的射線遮蓋。目前，銀河系中的望遠(yuǎn)鏡還不可能做到從系外的一個(gè)有利角度去觀察仙女座。

位于馬里蘭州的美國(guó)航空航天局戈達(dá)德空間飛行中心的科學(xué)家里賈納·卡普托說(shuō)：“我們的星系與仙女座極為相似。我們應(yīng)該更多地研究仙女座，因?yàn)檫@樣就可以更多地了解我們的星系及其形成。這就像生活在一個(gè)沒(méi)有鏡子的世界而你又有一個(gè)雙胞胎兄弟姐妹，不用鏡子就能看到實(shí)體?！?/p>

雖然仍需更多的觀察才能夠確定這些過(guò)量的伽馬射線源，但是這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以成為一個(gè)令人興奮的起點(diǎn)，讓我們進(jìn)一步了解這兩個(gè)星系，也許還能了解暗物質(zhì)難以捉摸的性質(zhì)。

卡普托表示：“對(duì)于伽馬射線我們?nèi)杂泻芏鄸|西需要了解。隨著獲得更多信息，我們就能將其運(yùn)用于我們自己星系的模型之中?！?