暗物質的痕跡可能終于在銀河的光芒中被發現

在銀河中心那片恒星密集、氣體翻涌的區域，伽馬射線背景一直像是宇宙中最嘈雜的舞臺。但東京大學的一支團隊在分析費米伽馬射線望遠鏡（Fermi-LAT）長達 15 年的數據時，卻意外發現了一團亮斑,而且難以歸結于任何已知來源。

他們做了過去十年里最詳細的背景建模——把脈沖星、氣體云、超新星殘骸、星際輻射統統減去。但這團信號依舊存在。

更驚人的是，這道殘余的伽馬光恰好呈現出理論預言的“暗物質湮滅能譜”形狀。

如果不是儀器誤差、不是噪聲、也不是背景天體，那么它可能就是人類第一次真正“看到”的暗物質跡象。

相關的研究內容，以「20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation」為題，發布在《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》。

預印本鏈接：https://arxiv.org/abs/2507.07209

為何暗物質難以探測

20 世紀 30 年代初，瑞士天文學家 Fritz Zwicky 注意到許多星系的運動速度遠快于其可見質量所能解釋的范圍。這促使他提出，存在一種不可見結構——暗物質——提供額外的引力，以保持這些星系完整。

暗物質是宇宙中最神秘的成分，占據約26% 的宇宙質量，但它既不發光，也不吸光，不參與電磁作用。迄今為止，科學家們只能通過觀察它對恒星和星系的影響來間接研究它，例如通過產生足夠的引力來阻止星系系統飛散。

目前所做的種種猜想方法，都不足以直接成為證明暗物質存在的證據。

但此次分析中，相關團隊在來自銀河中心的伽馬射線中發現了一些信號，與預測的暗物質湮滅信號相吻合。

如果暗物質以弱相互作用粒子（WIMP）形式存在，那么它們的湮滅應當釋放伽馬射線。因此，這個信號一旦確認，將是暗物質研究的歷史節點。

來自費米望遠鏡的突破

利用費米伽馬射線空間望遠鏡的最新數據，東京大學天文學系的 Tomonori Totani 教授認為，他終于探測到了理論暗物質粒子湮滅所預測的特定伽馬射線。

團隊對銀河中心的伽馬數據進行逐項建模與扣除，包括：

• π? 衰變（hadronic emission）
• ICS（Inverse Compton scattering，電子逆康普頓）
• Bremss（制動輻射）
• 星系氣體分布模型

最終，他們探測到伽馬射線的光子能量為 20 GeV，以暈狀結構向銀河系中心延伸。伽馬射線發射成分與暗物質暈的形狀非常接近。

圖示：伽馬射線強度圖，不含暈以外的成分。

進一步分析表明，能量譜（即伽馬射線強度分布）與假設的 WIMP（質量約為質子 500 倍的弱相互作用大質量粒子）湮滅所預測的水平相吻合。基于伽馬射線亮度的 WIMP 湮滅估計速率也符合已建立的理論預期。

圖示：光子能量對暈發射伽馬射線強度的依賴性（數據點）。

不過，雖然種種跡象都無法用其他已知的宇宙過程或常見的伽馬射線來源輕易解釋，同時也確實符合預期結果，但該案例還不足以支撐起暗物質存在的證明。

倘若想要增強該結果的準確性，他們仍需要在其他暗物質密集區域尋找類似的伽馬射線信號。銀河系暈中的矮星系是候選者中最有希望的一批。這需要積累更多類似的數據，然后才能成為暗物質的的確確存在的更強有力的證明。