银河X射线可能来自暗物质粒子

用美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉（Chandra）X射线天文台获得的仙女座星系中心区域图像中的一小部分X射线可能源自暗物质。

两项新的研究报告称，从附近星系和星系团的心脏发出的X射线可能是暗物质粒子在空间中衰减的迹象。

据两个独立的天文学家报告，从附近星系和星系团的心脏发出的特定波长的X射线可能是暗物质粒子在太空​​中衰减的迹象。如果这种解释是正确的，那么暗物质可能由称为无菌中微子的奇怪粒子组成，其重量约为电子的1/100。但是，其他一些研究对此表示怀疑。

几十年来，天文学家和天体物理学家一直认为，某种神秘的暗物质必须提供引力，以防止单个星系散落。实际上，当前的宇宙学标准模型表明，典型的星系在巨大的暗物质团块或光晕内形成，其重力阻止了恒星飞出太空。但是，科学家不知道什么是暗物质，因为除了感知重力之外，他们从未通过其他任何方式检测到暗物质。

现在，两个研究小组报告了暗物质粒子可能以另一种方式显露出来的迹象，即非常非常缓慢地衰减为正常光子。两组都依靠最成功的太空观测站之一，即欧洲航天局的X射线多镜任务（XMM-Newton）的数据，该任务于1999年12月发射，目前仍在采集数据。马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的天体物理学家埃斯拉·布尔布尔（Esra Bulbul）及其同事发现了73个星系星团（包括英仙座星团）发出的特定能量的x射线（3.5千电子伏特）。哈佛大学的小组还使用了NASA于1999年7月发射的钱德拉X射线天文台的数据，该数据在提交给《天体物理学杂志》的论文中进行了报道。

荷兰莱顿大学莱顿天文台的理论物理学家Alexey Boyarsky独立工作，他的同事专注于仙女座星系和英仙座星系团，在那里他们也发现了此类X射线，并在论文中进行了报道。提交给物理审查函。

研究人员说，这种能量的X射线与可能来自原子普通激发的任何已知X射线“线”都不对应。“我们无法将其与热等离子体产生的任何事物相提并论，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的马克西姆·马克维奇（Maxim Markevitch）说。

那些无法解释的X射线可能来自暗物质粒子。在1990年代，一些理论家推测暗物质可能由某种“无菌中微子”组成，这种粒子类似于在普通粒子的碰撞中可能产生的三种中微子。（无菌的中微子将是无菌的，因为它不能以这种方式产生，只有当普通的中微子变成一个无菌的中微子时才产生。）根据理论家的观点，这种无菌中微子的质量在keV范围内，并会衰减为keV范围内的X射线光子和正常的中微子。因此，必须从重约7 keV的无菌中微子发出潜射的X射线。研究人员此前一直在寻找星系发出的辐射，但是“只有在XMM积累了足够的暴露时间之后，才可能进行星系的探测，”博亚尔斯基解释说。

两组都看过的一个对象是珀尔修斯星团。莱顿小组关注的是外部，哈佛小组关注的是中心。结果令人满意的事实令人鼓舞。Markevitch说：“无菌中微子的衰减率是一致的，这是一个了不起的发现，…因为我们使用的是完全不同的数据集。”然而，两个研究小组都强调，现在断定他们所看到的是暗物质的一瞥还为时过早。谨慎的原因之一是XMM和Chandra检测器的能量分辨率低，它们是电荷耦合器件（CCD），有点像数码相机中的电荷耦合器件。“由于这条线太微弱了，而且在此分辨率下，该线变宽了很多，看起来比连续体高出1％，” Markevitch说。他说：“我们将不得不等待其他卫星的确认。”

加州大学欧文分校的天体物理学家Kevork Abazajian并未参与这项工作，他说结果很重要。“我认为这是一支'吸烟枪'，但必须予以确认；在这一点上，这不能用天体物理过程来解释。”

但是，并不是每个人都如此乐观。“该信号是由于暗物质等外来物理还是天体物理源等常规物理引起的？现在说还为时过早，”哥伦布俄亥俄州立大学的天体物理学家约翰·比康（John Beacom）说。Beacom还指出，许多理论家都赞成暗物质由重得多的弱相互作用的大质量粒子或WIMP组成的方案。他说，如果能找到WIMP的证据，它将削弱keV级无菌中微子的情况。

最终，结果可能会被新卫星测试。日本航空航天局的一个项目Astro-H任务将配备量热仪，其能量分辨率是CCD的20倍。博亚尔斯基说，凭借其卓越的分辨率，它应该能够从暗物质信号中分辨出一个天体物理源。Astro-H将于2015年投放市场。

刊物：在新闻

PDF研究副本：

星系星团堆叠X射线光谱中未识别的发射线的检测仙女座星系和英仙座星系群集的X射线光谱中的未识别线

图像：NASA / CXC / SAO