新发现的矮星系的伽马射线发射可能指向暗物质

根据研究人员的搜索算法，明亮的区域表示来自银河方向的强伽马射线信号。

布朗，卡内基·梅隆大学和剑桥大学的研究人员检测到了矮星系网状网2的伽马射线辐射。这种检测可能是暗物质粒子消失的信号，这是许多暗物质理论的长期预测。

卡内基梅隆大学，布朗大学和剑桥大学的物理学家进行的一项分析显示，罗德岛普罗维登斯（布朗大学）—一个新发现的绕我们银河系运行的矮星系令人惊讶—它似乎正在辐射伽马射线。目前尚无法确定这种高能量光的确切来源，但这可能只是暗物质潜伏在星系中心的信号。

CMU物理系的博士后研究助理，该论文的主要作者亚历克斯·杰林格-萨米斯（Alex Geringer-Sameth）说：“朝这个矮星系的方向发射的是伽马射线。”“这个星系没有常规的理由发出伽马射线，因此它可能是暗物质的信号。”

在过去的几周内，黑暗能量调查（Dark Energy Survey）的数据发现了一个名为网状2的星系，该实验绘制了南部天空的地图，以了解宇宙的加速膨胀。距离地球约98,000光年的地方，网状2是尚未发现的最近的矮星系之一。CMU的Geringer-Sameth和Matthew Walker以及Brown的Savvas Koushiappas使用来自NASA的费米伽马射线太空望远镜的公开数据，显示出来自银河方向的伽马射线超出了正常背景的预期。

“在寻找暗物质时，矮星系发出的伽马射线长期以来一直被认为是非常强烈的信号，”布朗物理学助理教授库希帕帕斯说。“看来我们现在可能是第一次检测到这种情况。”

研究人员已将其分析结果提交至《物理评论快报》（Physical Review Letters），并发布在arXiv上。他们告诫说，尽管这些初步结果令人振奋，但仍有更多工作要做以确认是暗物质。

伽玛射线和暗物质

没有人确切地知道什么是暗物质，但是据认为它占了宇宙中大约80％的物质。科学家知道存在暗物质是因为暗物质会对可见物质产生引力作用，这解释了观察到的星系和星系团的旋转以及宇宙微波背景的波动。

物理学助理教授，CMU麦克威廉姆斯宇宙学中心成员马修·沃克（Matthew Walker）说：“暗物质的引力探测对暗物质的粒子行为知之甚少。”“但是现在我们可能有一个非引力检测，显示出暗物质的行为就像一个粒子，这是种圣杯。”

一种领先的理论表明，暗物质粒子是WIMP（弱相互作用的大质量粒子）。当成对的WIMP相遇时，它们会相互消灭，并散发出高能伽马射线。如果是这样，那么应该有很多伽玛射线从被认为是WIMP丰富的地方发出，例如密集的星系中心。麻烦的是，高能射线还来自许多其他来源，包括黑洞和脉冲星，这使得很难从背景噪声中解开暗物质信号。

这就是为什么矮星系在寻找暗物质粒子时很重要的原因。矮星被认为缺乏其他产生伽马射线的源，因此矮星系产生的伽马射线通量将成为暗物质的非常有力的证明。

“它们基本上是非常干净和安静的系统，” Koushiappas说。

过去几年来，科学家一直在使用NASA的费米伽马射线太空望远镜观察它们的伽马射线迹象。到目前为止，从未有令人信服的信号发出。

在过去的几年中，Geringer-Sameth，Koushiappas和Walker一直在开发一种分析技术，该技术可以搜索可能是由于暗物质ni灭而导致的伽马射线数据中的弱信号。随着网状网2的发现，杰林格·萨米特将注意力转移到了天空的那部分。他查看了来自矮星系方向的所有伽玛射线以及来自天空相邻区域的伽玛射线，以提供背景水平。

Geringer-Sameth说：“似乎有过量的伽马射线，超出了您预期的正常背景过程，这是来自该星系的方向。”“鉴于我们认为我们了解在天空的这一区域中如何产生伽马射线的方式，看来这些过程似乎无法解释该信号。”

进一步研究这个矮星系的属性可能会揭示出可能发射伽马射线的隐藏源，但研究人员对此持谨慎乐观的态度。

沃克说：“在同一方向上既有伽马射线，又有一团暗物质，这一事实非常有趣。”

出版物：提交给体检信

研究报告的PDF副本：新发现的矮星系网状体2产生伽玛射线的证据

图像：NASA / DOE / Fermi-LAT协作/ Geringer-Sameth＆Walker /卡内基·梅隆大学/ Koushiappas /布朗大学